广义相对论
1．(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A．单色性好 B．平行度好
C．粒子性 D．高能量
【解析】激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官．
【答案】BD
2．让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用激光的( )
A．平行度好，可以会聚到很小的一点上
B．相干性好，可以很容易形成干涉图样
C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量
D．波长短，很容易发生明显的衍射现象
【解析】激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD 唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误．【答案】 A
3．(多选)以下说法正确的是( )
A．光纤通信利用了激光相干性好的特点
B．激光武器利用了激光亮度高的特点
C．激光写、读利用了激光亮度高的特点
D．激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点
【解析】由激光的几种特点及应用可知A、B、D正确．
【答案】ABD
4．(多选)关于立体电影，以下说法正确的是( )
A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛
B．这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片
C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像
D．产生立体视觉是因人的两只眼睛同时观察物体时，形成的在视网膜上的像并不完全相同
【解析】看立体电影必须用偏振片才能达到好的效果．
【答案】BD
5．(多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，以下说法正确的是( )
A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变
B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱
C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变
D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱
【解析】P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P 的透振方向垂直时，通过Q光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱的．【答案】BD
6．(多选)(2013·宁德高二检测)如图5－3－3所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则( )
图5－3－3
A．图中a光为偏振光
B．图中b光为偏振光
C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
【解析】自然光沿各个方向是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光．从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，
则P点无光亮，将B转过180°后，P处仍无光亮，即C错；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，即D对．【答案】BD
7．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是( )
A．激光是纵波
B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
【解析】光波都是横波，波长与频率和介质都有关，只有频率相同的光才能干涉．【答案】 D
图5－3－4
8．(多选)(2013·青岛高二检测)奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，利用旋光仪可以测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量．其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振光的偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关，将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图5－3－4所示，S是自然光源，A、B是偏振片，绕中心轴转动偏振片B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间．则下列说法中正确的是( ) A．到达O处光的强度会明显减弱
B．到达O处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片B转动的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，则偏振片A转过的角度等于θ【解析】根据题意可知，开始A、B两偏振片的透光方向相同，当被测样品置于A、B 之间时，光线旋转一个角度θ，因此到达O处光的强度会明显减弱；为了使O处的光线强度最大，则必须将其中一个偏振片旋转角度θ，光线穿过偏振片时，光的偏振方向与偏振片的透光方向一致．
【答案】ACD
9．(多选)激光器发光功率为P ，发出的激光在折射率为n 的介质中波长为λ，c 表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )
A ．该光在真空中的波长为n λ
B ．该光在真空中的波长为λ/n
C ．该光的频率为c/λ
D ．该光的频率为c n λ
【解析】 n ＝c v
，c ＝f λ0，v ＝f λ，所以λ0＝n λ f ＝v λ＝c n λ
. 【答案】 AD
10．(2013·四川高考)光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知( )
A ．折射现象的出现说明光是纵波
B ．光总会分为反射光和折射光
C ．折射光与入射光的传播方向总是不同的
D ．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
【解析】 光的折射不能反映光是纵波还是横波，由光的偏振现象可知光是横波，选项A 错误；当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角时，发生全反射现象，没有折射光，选项B 错误；当光线垂直于界面入射时，折射光与入射光的传播方向相同，选项C 错误；发生折射是因为光的传播速度在不同介质中不同，选项D 正确．
【答案】 D
图5－3－5
11．(2013·攀枝花高二检测)如图5－3－5所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？说明理由．
(1)在单色自然光源S 后加一偏振片P.
(2)在(1)情况下，再加偏振片P 1、P 2，P 1与P 2透光方向垂直．
【解析】 (1)到达S 1、S 2的光是从同一偏振光分解出来的，它们满足相干条件，能看到干涉条纹．且由于偏振片很薄，对光程差的影响可忽略，干涉条纹的位置与间距和没有P
时基本一致，只是强度由于偏振片吸收而减弱．
(2)由于从P 1、P 2射出的光方向相互垂直，不满足干涉条件，故光屏被均匀照亮，无干涉现象．
【答案】 见解析
12．应用激光平行性好的特性，可以精确地测量距离．对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔，就可以求出激光器到目标的距离．若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s ，求月球到地球的距离大约是多少？
【解析】 真空中的光速c ＝3.0×108
m/s ，
从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间t ＝2.56 s ，月球与地球距离为：
l ＝12ct ＝12
×3.0×108×2.56 m ＝3.84×105 km 【答案】 3.84×105 km
高中物理选修3-4——相对论简 介知识点总结 1、惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。相对于一个惯性系做变速运动的另一个参考系是非惯性系，在非惯性系中牛顿运动定律不成立。 2、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。 3、狭义相对性原理：一切物理定律在任何惯性系中都是相同的。 4、广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都是相同的。 5、经典速度变换公式：。(是矢量式) 6、狭义相对论的两个基本假设： （1）狭义相对性原理，如3所述； （2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 7、广义相对论的两条基本原理： （1）广义相对性原理，如4所述； （2）等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
8、由狭义相对论推出的六个重要结论（所有结论都已经完全得到证实）： （1）“同时”是相对的。 （2）长度是相对的。。是相对被测物静止的参考系中测得的长度，是相对被测物以速度运动的参考系中测得的长度，且的方向与速度的方向平行。 （3）时间是相对的。。是相对某参考系（如地面）运动的参考系中（如飞船内）的钟所测得的时间，是静止的参考系中（地面上）的钟所测得的时间。 （4）质量是相对的。。（静质量）是在相对被测物静止的参考系中所测得的质量，（动质量）是在相对被测物以速度运动的参考系中所测得的质量。 （5）相对论速度变换公式：。（是矢量式）（6）相对论质能关系公式：。其中是物体的动质量。 9、由广义相对论得出的几个结论： （1）物质的引力场使光线弯曲。如远处的星光经过太阳附近时发生偏折。
广义相对论基础 Introduction to General Relativity 课程编号：S070200J15 课程属性：学科基础课学时/学分：60/3 预修课程：大学理论物理、高等数学 教学目的和要求: 本课程为物理学、天文学研究生的学科基础课，同时也是为今后有可能接触到引力理论的其它学科研究生的学科基础课。主要介绍爱因斯坦的广义相对论。使学生具有在今后接触到引力场问题时，能通过阅读有关书籍文献对更深入的问题进行了解的能力。本课强调弄清物理和几何图像。本课不涉及引力场量子化、引力和其它作用之统一以及以抽象数学工具表现时空几何等问题。本课也扼要对广义相对论的观测和实验检验，黑洞问题和宇宙学问题进行简要地介绍。 内容提要: 第一章张量分析基础 张量代数，联络，协变微商，测地线方程，Killing矢量。 第二章引力场方程 引力与度规，引力红移，黎曼曲率张量，Bianchi恒等式，引力场方程。 第三章场方程的应用（Ⅰ） 西瓦兹解，西瓦兹场中质点的运动，光线偏折，引力透镜效应，雷达回波，0Kruskal坐标和黑洞，Keer度规。 第四章场方程的应用（Ⅱ） 宇宙学原理,共动坐标系，Robertson-Walker度规，宇宙学红移，标准宇宙学模型简介。 主要参考书： 1. R, Adler， M.Bagin,M.Schiffer，Introduction to General Relativity（第二版），McGraw-Hill Book Company，New York，1975. 2. 俞允强，《广义相对论引论》，北京大学出版社，北京，1997。 3. S. Weinberg，Gravitation and Cosmology，John Wiley Sons,Inc.，New York，1972. 撰写人：邓祖淦(中国科学院研究生院) 撰写日期：2001年09日
广义相对论简介 引子 由牛顿力学到狭义相对论，基本观念的发展是，其一：由一切惯性系对力学规律平权到一切惯性系对所有物理规律平权；其二：由绝对时空到时空与运动有关。 爱因斯坦进一步的思考：非惯性系与惯性系会不平权吗？物质与运动密不可分，那么时空与物质有什么关系？关于惯性和引力的思考，是开启这一迷宫大门的钥匙，最终导致广义相对论的建立。 §1 广义相对论的基本原理 一、等效原理 1. 惯性质量与引力质量 实验事实：引力场中同一处，任何自由物体有相同的加速度。 根据上述事实及力学定律，可得任一物体的惯性质量 与引力质量 满足 常量，与运动物体性质无关，选择合适的单位，可令 ＝ ＝ ， 即惯性质量与引力质量相等。从而，在引力场中自由飞行的物体，其加速度必等于 当地的引力强度 。 2. 惯性力与引力 已知在非惯性系中引入惯性力后，可应用力学规律，而惯性力。在 此基础上，讨论下述假想实验。 1) 自由空间中的加速电梯(如图1) 以 为参考系,无法区分ma 是惯性力还是引力。因此，也可以认为是在引力场中 匀速运动的电梯。 2) 引力场中自由下落的电梯S*(如图2) 以S*为参考系，无法区分是二力平衡 还是无引力。因此，也可认为S*是 自由空间中匀速运动的电梯。 以上二例表明，由 ＝ ， 可导出惯性力与引力的力学效应不可区分， 或者说，一加速参考系与引力场等效。当然，由于真实引力场大范围空间内不均匀， 图 图1 图 2
因此，这种等效只在较小范围空间内才成立，我们称之为局域等效。 3. 等效原理 弱等效原理：局域内加速参考系与引力场的一切力学效应等效。 强等效原理：局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效。 广义相对论的等效原理是指强等效原理。 4.对惯性系的再认识——局域惯性系 按牛顿力学的定义，惯性定律成立的参考系叫惯性系。恒星参考系是很好的惯性 系，不存在严格符合此定义的真正的惯性系。惯性系之间无相对加速度。 按爱因斯坦的定义，狭义相对论成立的参考系，或（总）引力为零的参考系叫惯 性系。因此，以引力场中自由降落的物体为参考的局域参考系是严格的惯性系，简 称为局惯系。引力场中任一时空点的邻域内均可建立局惯系，在此参考系内运用狭 义相对论。同一时空点的各局惯系间无相对加速度，不同时空点的各局惯系间有相 对加速度。 二、广义相对性原理 原理叙述为：一切参考系对物理规律平权，即物理规律在一切参考系中的表述形 式相同。 为了在广义相对性原理的基础上建立广义相对论理论，爱因斯坦所做的进一步工 作是使引力几何化，即把引力场化作时空几何结构加以表述。对广义相对论普遍理 论的研究数学上涉及黎曼几何、张量分析等，超出本简介范围，下面只作浅显的说 明。 §2 引力场的时空弯曲 一、弯曲空间的概念 从高维平直空间可观测低维平直空间与弯曲空间的差异。 平面——二维平直空间内：测地线（即两点间距离的极值线）为直线，三角形内 角和＝，圆周长＝。 球面——二维弯曲空间：测地线为弧线，如图。三角形(PMN)的内角和＞， 圆周长＜。 故通过测量可判定空间弯曲。(如图3) Array二、引力场的空间弯曲 讨论爱因斯坦转盘(如图4) 相对惯性系S以角速度均匀 转动的参考系。由S系可推知 系中的测量结果（狭义相对论） 图 3
相对论简介 ： ： 【学习目标】 1．理解经典的相对性原理． 2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾． 3．理解狭义相对论的两个基本假设． 4．理解同时的相对性． 5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性． 6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的 7．知道相对论的速度叠加公式． 8．知道相对论质量． 9．知道爱因斯坦质能方程． 10．知道广义相对性原理和等效原理． 11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证． 【要点梳理】 【相对论简介】 要点一、相对论的诞生 1．惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立．这里加速的车厢就是非惯性系． 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系． 2．伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的．即任何惯性参考系都是平权的． 这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的． 3．麦克尔逊—莫雷实验 （1）实验装置，如图所示． （2）实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动． （3）实验原理： 如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明
第15章相对论简介 (高考体验) 一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选 错或不选的得0分) 1.(2010·北京理综)属于狭义相对论基本假设的是:在不同的惯性系中() A.真空中光速不变 B.时间间隔具有相对性 C.物体的质量不变 D.物体的能量与质量成正比 解析:由爱因斯坦狭义相对论基本假设可知选项A正确。 答案:A 2.(2011·江苏单科) 如图所示,沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶,当铁塔B发出一个闪光,列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是() A.同时被照亮先被照亮 先被照亮 D.无法判断 解析:由“同时”的相对性可知,列车上的观察者观察到光信号先到达C,选项C正确。 答案:C 3.(2014·四川理综)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是() A.电磁波不能产生衍射现象 B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 解析:任何波都有衍射现象,选项A错误;遥控器发射红外线脉冲信号遥控电视机,选项B错误;根据多普勒效应可以测出天体运动速度,选项C正确;光在一切惯性系中的速度是不变的,选项D错误。答案:C 4.导学号(2015·山东聊城高二检测)惯性系S中有一边长为l的正方形,从相对S系沿x方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是() 解析:由相对论知识可知,沿运动方向,物体的长度将变短,而其他方向物体长度不会发生变化,因此,选项C正确,A、B、D错误。 答案:C
第十五章相对论简介 教学目的： 1．了解相对论的诞生及发展历程 2．了解时间和空间的相对性 3．了解狭义相对论和广义相对论的内容 教学重点：时间和空间的相对性、狭义相对论和广义相对论 教学难点：时间和空间的相对性 教学过程： 一、狭义相对论的基本假设 牛顿力学是在研究宏观物体的低速（与光速相比）运动时总结出来的.对于微观粒子，牛顿力学并不适用，在这一章中我们还将看到，对于高速运动，即使是宏观物体，牛顿力学也不适用. 19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入，人们认识到了光的电磁本质.我们已经知道，电磁波是以巨大的速度传播的，因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论的出现. 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识，它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重要的里程碑. 经典的相对性原理 如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系. 我们引用伽利略的一段话，生动地描述了一艘平稳行驶的大船里发生的事情.“船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比向另一方向用更多的力.你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同.当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动”通过这段描述以及日常经验，人们很容易相信这样一个论述：力学规律在任何惯性系中都是相同的.这个论述叫做伽利略相对性原理.相对性原理可以有不同的表述.例如还可以表述为：在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的. 在不同的参考系中观察，物体的运动情况可能不同，例如在一个参考系中物体是静止的，在另一个参考系中看，它可能是运动的，在不同的参考系中它们运动的速度和方向也可能不同.但是，它们在不同的惯性系中遵从的力学规律是一样的，例如遵从同样的牛顿运动定律、同样的运动合成法则…… 光速引起的困难
第15章第3~4节 1．物理学发展过程中，不少物理学家作出了重大贡献，下列有关物理学史不符合事实的是() A．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在 B．赫兹首先捕捉到电磁波 C．伽俐略认为，力学规律在任何惯性参考系中都是相同的 D．爱因斯坦通过质能方程阐明质量就是能量 答案：D 2．如果你以接近于光速的速度朝一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动() A．你的质量在增加 B．你的心脏跳动在慢下来 C．你在变小 D．你永远不能由自身的变化知道你的速度 答案：D 3．用著名的公式E＝mc2(c是光速)，可以计算核反应堆中为了产生一定的能量所需消耗的质量．下面的哪种说法是正确的() A．同样的公式E＝mc2也可以用来计算一个手电筒发出一定能量光时所丢失的质量 B．公式E＝mc2适用于核反应堆中的核能，不适用于电池中的化学能 C．只适用于计算核反应堆中为了产生一定的能量所需消耗的质量 D．公式E＝mc2适用于任何类型的能量 答案：AD 4．以下说法中，错误的是() A．矮星表面的引力很强 B．在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得快些 C．在引力场越弱的地方，物体长度越长 D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移 答案：CD
解析：矮星表面引力很强，按广义相对论，那里的时间进程比较慢． 5．若一宇宙飞船对地以速度v 运动，宇航员在飞船内沿同方向测得光速为c ，问在地上观察者看来，光速应为v ＋c 吗？ 答案：在地面的观察者看来，光速是c ，不是v ＋c . 6．电子的静止质量m 0＝9.11×10－31kg ，经电压加速后速率为0.94c ，求电子的相对论质量． 答案：2.69×10－30kg 解析：由狭义相对论知 m ＝m 0 1－? ????v c 2＝9.11×10－311－? ?? ??0.94c c 2kg ＝2.69×10－30kg. 7．假如宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论． 答案：飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任何天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面． 这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价． 能力提升 1．关于E ＝mc 2，下列说法中正确的是( ) A ．质量为m 的物体，就贮存有mc 2的能量 B ．质量为m 的物体，对应着mc 2的能量 C ．如果物体质量减少Δm ，就将该质量转化为mc 2的能量 D ．如果物体质量减少Δm ，就将产生Δmc 2的能量 答案：AD 2．一艘大船在平静的大洋中匀速行驶，一个人在其密闭的船舱内向各个不同的方向做立定跳远实验，并想由此来判断船航行的方向，假设他每次做的功相同，
《广义相对论简介》教学设计 适用教材 人教版选修3-5第十五章第4节 教学目标 1．了解广义相对性原理和等效原理。 2．了解广义相对论的几个结论及主要观测证据。 3．通过本节学习，激发学生探索宇宙奥秘的兴趣，形成初步的相对论时空观。 教学重点 广义相对性原理和等效原理。 教学难点 理解广义相对论的几个结论。 教学方法 在教师的引导下，共同分析、研究得出结论。 教学用具： 投影仪及投影片。 教学过程 （一）引入新课 师：1915年，继狭义相对论发表10年之后，爱因斯坦又发表了广义相对论。这节课我们来了解一下广义相对论的基本原理和几个结论。 （二）进行新课 1．超越狭义相对论的思考 师：请大家阅读教材，回答狭义相对论中无法解释的两个问题是什么？
学生阅读、思考。 生：第一个问题，狭义相对论无法解释引力作用以什么速度传递，没有办法把万有引力理论纳入狭义相对论的理论框架；第二个问题，狭义相对论只适用于惯性参考系，为什么狭义相对论只在惯性参考系适用而在非惯性系不适用？狭义相对论本身无法解释。 师：爱因斯坦认真思考了以上两个问题，又向前迈进了一大步，把相对性原理推广到包括非惯性系在内的任意参考系，提出了广义相对性原理。 2．广义相对性原理和等效原理 师：广义相对性原理的内容：“在任何参考系中，物理规律都是相同的”，也可以理解为：“物理学定律必须对于无论哪种方式运动着的参考系都成立”。 师：在广义相对论中还有另一个基本原理这就是著名的等效原理。请大家阅读教材，看看什么是等效原理，它是如何提出来的。 学生阅读、思考。 师：（投影下图，做简要讲解。） 停泊在行星表面的飞船里，没有支撑的物体会做自由落体运动即匀加速运动，这是因为飞船处在行星表面空间的引力场中；如果飞船远离行星表面做匀加速运动，也会观察到没有支撑的物体的自由落体运即匀加速运动。我们不能根据飞船内的自由落体运动来判断飞船到底在加速运动，还是停在一个行星的表面。这说明一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是等效原理。 3．广义相对论的几个结论
高二物理《相对论简介》知识点学习 1、惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫 做惯性系。相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯 性系。相对于一个惯性系做变速运动的另一个参考系是非惯性系，在 非惯性系中牛顿运动定律不成立。 2、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。 3、狭义相对性原理：一切物理定律在任何惯性系中都是相同的。 4、广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都是相同的。 5、经典速度变换公式(是矢量式) 6、狭义相对论的两个基本假设： (1)狭义相对性原理，如3所述; (2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。7、广义相对论的两条基本原理： (1)广义相对性原理 (2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。8、由狭义相对论推出的六个重要结论(所有结论都已经完全得到证实)： (1)“同时”是相对的。 (2)长度是相对的。 (3)时间是相对的。 (4)质量是相对的。 (静质量)是在相对被测物静止的参考系中所测得的质量(动质量)是在 相对被测物以速运动的参考系中所测得的质量。
(5)相对论速度变换公式 (6)相对论质能关系公式： 9、由广义相对论得出的几个结论： (1)物质的引力场使光线弯曲。如远处的星光经过太阳附近时发生偏折。 (2)物质的引力场使时间变慢。如引力红移：同种原子在强引力场中发 光的频率比在较小引力场中发光的频率低。 10、根据经典相对性原理：在一个惯性系内实行的任何力学实验都不 能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。 11、狭义相对论指出：光速C是自然界中速度的极限。 12、根据广义相对论：一个参考系内部的任何物理过程都不能告诉我们，该参考系是在做加速运动，还是停留在一个引力场中。 13、经典的物理学认为空间和时间是脱离物质而存有的，是绝对的(与 物体的运动状态无关)，空间与时间之间也是没有联系的。 14、相对论认为空间和时间是相对的，即与物质的运动状态相关。时 间和空间不能离开物质而存有。 15、相对论没有全盘否定经典物理学。相对论更具有普遍性，经典物 理学则是相对论在低速运动时的特例。 16、高速运动的物体的动能不能用公式 17、回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后质量增大，所以做圆 周运动的周期变大，将造成它的运动与D型盒上的交变电压不再同步，回旋加速器粒子的能量所以受到了限制。
广义相对论课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：广义相对论 所属专业：理论物理专业 课程性质：专业方向必修课 学分：3 （二）课程简介、目标与任务；‘ Einstein在1915年创建的广义相对论是关于时间—空间的性质与物质及其运动相互依赖关系的学说，是建立在广义协变性要求，等效原理和黎曼几何基础上的引力理论和宏观物质运动理论。广义相对论就其创造性和理论的深刻程度来说，都是非凡的和令人惊奇的，这一理论不仅对牛顿力学的核心内容（牛顿方程和万有引力）给予了统一和深刻的解释，还预言了许多牛顿力学所不能解释的新物理效应，并为以后的天文观测和实验所验证。本课程主要介绍广义相对论的数学基础、基本概念和基础知识以及广义相对论的经典实验验证。通过课程的学习使学生深入了解和掌握广义相对论的知识，为进一步深造打下扎实的基础，并能够应用到研究工作中。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 先修课程包括：理论力学、电动力学。先修课程是该课程的理论基础。 （四）教材与主要参考书。 教材： 广义相对论讲义，段一士 主要参考书： 1.《广义相对论》，刘辽，高等教育出版社 2.《微分几何入门与广义相对论》，梁灿彬，科学出版社 3.《Gravitation》，C.W.Misner, K.S.Thorne, J.A.Wheeler，W.H.Freeman and company 4.《General Relativity》,Robert M.Wald, The University of Chicago Press
二、课程内容与安排 第一章引言（2学时） 1.1 相对论发展简史 1.2 广义相对论基本原理 第二章黎曼几何（12学时） 2.1 张量 2.2 协变微商 2.3 曲率张量与挠率 2.4 黎曼流形、度规和黎曼联络 2.5 黎曼曲率张量 2.6 利奇（Ricci）张量、标曲率和爱因斯坦张量 2.7 黎曼曲率张量与拓扑 2.8 微分形式与外积 2.9 不变体积元和广义高斯积分定理 第三章爱因斯坦引力场方程（15学时） 3.1 广义相对论基本原理 3.2 “短程线”方程与矢量的平行移动 3.4 度规的弱引力场和低速近似与牛顿第二定律 3.5 爱因斯坦引力场方程 3.6 爱因斯坦引力场方程的作用量、Palatini公式 3.7 广义相对论中的坐标条件 第四章引力场方程的中心球对称解与新引力效应（18学时） 4.1 引力场方程的中心球对称解 4.2 行星轨道进动 4.3 光线在恒星附近的偏折 4.4 雷达回波的延迟 4.5 固有时与引力频移
相对论简介 教学目的： 1．了解相对论的诞生及发展历程 2．了解时间和空间的相对性 3．了解狭义相对论和广义相对论的内容 教学重点：时间和空间的相对性、狭义相对论和广义相对论 教学难点：时间和空间的相对性 教学过程： 一、狭义相对论的基本假设 牛顿力学是在研究宏观物体的低速（与光速相比）运动时总结出来的.对于微观粒子，牛顿力学并不适用，在这一章中我们还将看到，对于高速运动，即使是宏观物体，牛顿力学也不适用. 19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入，人们认识到了光的电磁本质.我们已经知道，电磁波是以巨大的速度传播的，因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论的出现. 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识，它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重要的里程碑. 经典的相对性原理 如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系. 我们引用伽利略的一段话，生动地描述了一艘平稳行驶的大船里发生的事情.“船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比向另一方向用更多的力.你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同.当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动”通过这段描述以及日常经验，人们很容易相信这样一个论述：力学规律在任何惯性系中都是相同的.这个论述叫做伽利略相对性原理.相对性原理可以有不同的表述.例如还可以表述为：在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的. 在不同的参考系中观察，物体的运动情况可能不同，例如在一个参考系中物体是静止的，在另一个参考系中看，它可能是运动的，在不同的参考系中它们运动的速度和方向也可能不同.但是，它们在不同的惯性系中遵从的力学规律是一样的，例如遵从同样的牛顿运动定律、同样的运动合成法则…… 光速引起的困难 自从麦克斯韦预言了光的电磁本质以及电磁波的速度以后，物理学家们就在思考，这个速度是对哪一个参考系说的？如果存在一个特殊的参考系O，光对这个参考系的速度是c，另一个参考系O′以速度v沿光传播的方向相对参考系O运动，那么在O′中观测到的光速就应该是c-v，如果参考系O′逆着光的传播方向运动，在参考系O′中观测到的光速就应该是c+v. 由于一般物体的运动速度比光速小得多，c+v和c-v与光速c的差别很小，在19世纪的技术条件下很难直接测量，于是物理学家们设计了许多巧妙的实验，力图测出不同参考系中光速的差别.最著名的一个实验是美籍物理学家麦克尔逊设计的.他把一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动的方向一致，另一束和地球运动的方向垂直，然后使它们发生干涉，如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化.由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响.但是，这个实验和其他实验都表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的.这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊，因为它和传统的观念，例如速度合成的法则，是矛盾的.
普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－4[人教版] 第十五章相对论简介 新课程学习 15.4 广义相对论简介 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解广义相对性原理和等效原理。 2．了解广义相对论的几个结论。 （二）过程与方法 通过本节的学习，初步认识狭义相对论和广义相对论的基本原理。 （三）情感、态度与价值观 通过本节内容的学习，激发探索宇宙奥秘的兴趣，形成初步的相对论时空观。★教学重点 广义相对性原理和等效原理。 ★教学难点 理解广义相对论的几个结论。 ★教学方法
在教师的引导下，共同分析、研究得出结论。 ★教学用具： 投影仪及投影片。 ★教学过程 （一）引入新课 师：1915年，继狭义相对论发表10年之后，爱因斯坦又发表了广义相对论。这节课我们来了解一下广义相对论的基本原理和几个结论。 （二）进行新课 1．超越狭义相对论的思考 师：请大家阅读117页有关内容，说一说狭义相对论中无法解释的几个问题是什么？ 学生阅读、思考。 生：狭义相对论无法解释引力作用以什么速度传递；狭义相对论是惯性参考系之间的理论。为什么惯性参考系有这样特殊的地位？狭义相对论无法解释。 师：爱因斯坦认真思考了以上问题，又向前迈进了一大步，把相对性原理推广到包括非惯性系在内的任意参考系，提出了广义相对性原理。 2．广义相对性原理和等效原理 师：在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理。 师：在广义相对论中还有另一个基本原理这就是著名的等效原理。请大家阅读教材，看看什么是等效原理，它是如何提出来的 学生阅读、思考。 师：（投影下图，做简要讲解。）
一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是等效原理。 3．广义相对论的几个结论 师：从广义相对论的两个基本原理出发，可以直接得到一些“意想不到”的结论。请大家阅读教材，说明得到了哪些结论这些解论的实验验证是什么？ 学生阅读，思考。 生1：第一个结论，物质的引力使光线弯曲。20世纪初，人们观测到了太阳引力场引起的光线弯曲。观测到了太阳后面的恒星。 生2：第二个结论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。例如在强引力的星球附近，时间进程会变慢。天文观测到了引力红移现象，验证了这一结论的成立。 师：总结学生的回答。投影下图做必要讲解。 鼓励学生勇于探索，用于发现新的规律，为推动人类文明做出自己的贡献。 （三）课堂总结、点评 本节我们了解了爱因斯坦在对狭义相对论无法解释的几个问题的思考的基础上，提出了广义相对性原理和等效原理，从而创立了广义相对论。我们还了解了广义相对论的两个
高中物理相对论简介 高中物理相对论介绍 1、惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。相对于一个惯性系做变速运动的另一个参考系是非惯性系，在非惯性系中牛顿运动定律不成立。 2、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。 3、狭义相对性原理：一切物理定律在任何惯性系中都是相同的。 4、广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都是相同的。 5、经典速度变换公式(是矢量式) 6、狭义相对论的两个基本假设： (1)狭义相对性原理，如3所述; (2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 7、广义相对论的两条基本原理： (1)广义相对性原理 (2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。 8、由狭义相对论推出的六个重要结论(所有结论都已经完全得到证实)： (1)“同时”是相对的。 (2)长度是相对的。
(3)时间是相对的。 (4)质量是相对的。 (静质量)是在相对被测物静止的参考系中所测得的质量(动质量)是在相对被测物以速运动的参考系中所测得的质量。 (5)相对论速度变换公式 (6)相对论质能关系公式： 9、由广义相对论得出的几个结论： (1)物质的引力场使光线弯曲。如远处的星光经过太阳附近时发生偏折。 (2)物质的引力场使时间变慢。如引力红移：同种原子在强引力场中发光的频率比在较小引力场中发光的频率低。 10、根据经典相对性原理：在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。 11、狭义相对论指出：光速C是自然界中速度的极限。 12、根据广义相对论：一个参考系内部的任何物理过程都不能告诉我们，该参考系是在做加速运动，还是停留在一个引力场中。 13、经典的物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的(与物体的运动状态无关)，空间与时间之间也是没有联系的。 14、相对论认为空间和时间是相对的，即与物质的运动状态有关。时间和空间不能离开物质而存在。 15、相对论没有全盘否定经典物理学。相对论更具有普遍性，经典物理学则是相对论在低速运动时的特例。
3．广义相对论的简介洛伦兹变换告诉我们，时间与空间有内在联系。“能量动量张量”的表达式和“质能关系式表明，质量与运动不可分割，真空光速不变原理和相对性原理告诉我们，一切惯性系平权。所以绝对时空的概念被Einstein抛弃了。抛弃绝对时空导致了一个新的困难：惯性系如何确定？ 不仅如此，万有引力不能纳入相对论的框架。 在对以上两个问题的反复思考下，Einstein提出了广义相对性原理和等效原理作为建立新理论的基石。 （1）狭义相对性原理 一切惯性参考系都是平权的。基本物理规律在任何坐标系形式下都不变——广义协变原理。 （2）一切惯性参考系内，任意参考者测量光速都是c。 （3）等效原理。 1907年，Einstein在《关于相对论原理和由此得出的结论》一文中，作出了关于引力对时钟的影响及引力红移的预言。他根据引力场与惯性力场等效的思想得出，一个处于引力场中的时钟，当所在点引力势为Ф时，它所指示的当地时间读数将是与它调准的不处在引力场中的同样读数的（1+Ф/c2）倍。“在这个意义上，我们可以说，在过程发生地点的引力势愈大，在时钟中发生的过程——一般说来是任何物理过程——也就进行得愈快。”[1]同样的结论在1911年4月所发表的《引力对光传播的影响》一文中也给出了。在这篇论文中，Einstein从等效原理出发，得出了光从无引力场的真空中的频率ν0到
引力势为Φ中的频率ν的变化与引力势间的关系是ν=ν0(1+Φ/c2)，这与引力场中时钟读数的变化一致；同时结合波传播的惠更斯原理，得出光在经过引力场时传播方向发生朝向天体偏折的结论，偏折角为以后实际测量结果和广义相对论计算结果的一半。在这篇论文中，Einstein根据等效原理还论证了静态引力场的光速不是常数，处于引力场为Φ的场中光速为c与真空中光速c0的关系是c=c0(1+Φ/c2)。半年后，亚伯拉罕首次把这个结论推广到非静态场中，他尝试后发现把非恒定光速的思想推广到狭义相对论是不可能的。亚伯拉罕对此评论说：“c的可变性意味着洛伦兹群只能在无限小区域中成立。”这一论断后来被Einstein马上发现[2]。 对于Einstein来说，1907——1908年，是广义相对论的初创阶段。直到1911年，Einstein还没有放弃牛顿的引力论，只是在旧理论上点缀了“等效原理”，弄成了东拼西凑的混合物，得出的结论在量上不可能是精确的。Einstein在1912年2月和1912年3月接连准备好了两篇关于引力的文章，提出的都是时间弯曲而空间平直的模型；还提出了光速在引力场中不是常数，等效原理只对无限小的场成立，引力场能量密度带来的引力场的非线性等观点。 从1912年8月Einstein回到苏黎士以后的一年多的时间里，他与格罗斯曼合作，先后发表了三篇文章，这些文章标志着广义相对论发展过程的重要阶段。其中第一篇论文《广义相对论纲要和引力论》发表于1913年。在这篇论文中，Einstein在他的新思想与相适应的数学方法相结合上作了第一次尝试。但是，有两个问题值得注意，第一
物理人教3-4第十五章相对论简介过关检测 (时间：45分钟满分：100分) 一、选择题(每小题6分，共48分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确) 1．根据气体吸收谱线的红移现象推算，有的类星体远离我们的速度竟达光速c的80%，即每秒24万千米。下列结论正确的是() A．在类星体上测得它发出的光的速度是(1＋80%)c B．在地球上接收到它发出的光的速度是(1－80%)c C．在类星体上测得它发出的光的速度是c D．在地球上测得它发出的光的速度是c 2．下列说法正确的是() A．在经典力学中，物体的质量是不随物体运动状态而改变的 B．以牛顿运动定律为基础的经典力学理论具有局限性，它只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界 C．相对论的出现否定了经典力学理论 D．伽利略的“自然数学化”的方法和牛顿的“归纳—演绎法”是经典力学方法的典型3．如果你以接近于光速的速度朝一星体匀速飞行，你可以发觉() A．你的质量在增加 B．你的心脏跳动在慢下来 C．你在变小 D．你永远不能由自身的变化知道你的速度 4．爱因斯坦相对论的提出，是物理学思想的重大革命，因为它() A．揭示了时间、空间并非绝对不变的属性 B．借鉴了法国科学家拉瓦锡的学说 C．否定了牛顿力学的原理 D．修正了能量、质量互相转化的理论 5．下列说法中正确的是() A．万有引力可以用狭义相对论作出正确的解释 B．电磁力可以用狭义相对论作出正确的解释 C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论 D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架 6．用著名的公式E＝mc2(c是光速)，可以计算核反应堆中为了产生一定的能量所需消耗的质量。下面的哪种说法是正确的() A．同样的公式E＝mc2也可以用来计算一个手电筒发出一定能量光时所丢失的质量 B．公式E＝mc2适用于核反应堆中的核能，不适用于电池中的化学能 C．只适用于计算核反应堆中为了产生一定的能量所需消耗的质量 D．公式E＝mc2适用于任何类型的能量 7．对相对论的基本认识，下列说法正确的是() A．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的 B．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量 C．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上快 D．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了 8．用相对论的观点判断，下列说法不正确的是() A．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变 B．在地面上的人看来，以6 km/s的速度运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的 C．在地面上的人看来，以6 km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些 D．当物体运动的速度v?c时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计
高二物理《相对论简介》知识点学习 相对论分为广义相对论和狭义相对论，高二物理相对论简介知识点介绍了在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的精彩内容，赶紧收藏了! 1、惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个 参考系叫做惯性系。相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。相对于一个惯性系做变速运动的另一个参考系是非惯性系，在非惯性系中牛顿运动定律不成立。 2、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。 3、狭义相对性原理：一切物理定律在任何惯性系中都是相 同的。 4、广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都是相同的。 5、经典速度变换公式(是矢量式) 6、狭义相对论的两个基本假设：
(1)狭义相对性原理，如3所述; (2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 7、广义相对论的两条基本原理： (1)广义相对性原理 (2)等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。 8、由狭义相对论推出的六个重要结论(所有结论都已经完全得到证实)： (1)“同时”是相对的。 (2)长度是相对的。 (3)时间是相对的。
(4)质量是相对的。 (静质量)是在相对被测物静止的参考系中所测得的质量(动质量)是在相对被测物以速运动的参考系中所测得的质量。 (5)相对论速度变换公式 (6)相对论质能关系公式： 9、由广义相对论得出的几个结论： (1)物质的引力场使光线弯曲。如远处的星光经过太阳附近时发生偏折。 (2)物质的引力场使时间变慢。如引力红移：同种原子在强引力场中发光的频率比在较小引力场中发光的频率低。 10、根据经典相对性原理：在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动。 11、狭义相对论指出：光速C是自然界中速度的极限。
《广义相对论简介》同步练习 课前预习练 ．()广义相对性原理 在中，物理规律都是的． ()等效原理 一个引力场与一个的参考系等价． ()广义相对论的几个结论 ①物质的使光线弯曲． ②引力场的存在使空间不同位置的出现差别，引力场，时间进 程越慢． ．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为，车上的人以速度′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度与′＋的关系是() ．＝′＋．<′＋ ．>′＋．以上均不正确 课堂探究练 ［概念规律练］ 知识点了解广义相对论的原理 在外层空间的宇宙飞船上，如果你正在一个以加速度＝9.8 m向头顶方向运动的 电梯中，这时，你举起一个小球自由地丢下，请说明小球是做自由落体运动． 课后巩固练 ．关于广义相对论和狭义相对论之间的关系．下列说法正确的是()
．它们之间没有任何联系 ．有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了 ．狭义相对论能够解决时空弯曲问题 ．为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论 ．下面的说法中正确的是() ．在不同的参考系中观察，真空中的光速都是相同的 ．真空中的光速是速度的极限 ．空间和时间与物质的运动状态有关 ．牛顿力学是相对论力学在?时的特例 ．根据爱因斯坦的质能方程，可以说明() ．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等． ．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减小 ．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不会改变的 ．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大 ．下列说法中，正确的是() ．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星 ．强引力作用可使光谱线向红端偏移 ．引力场越强的位置，时间进程越慢 ．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的 ．黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片，那么关于黑洞，你认为正确的是() ．内部也是漆黑一片，没有任何光 ．内部光由于引力的作用发生弯曲，不能从黑洞中射出 ．内部应该是很亮的 ．如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去 ．在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是() ．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的 ．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的 ．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的 ．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的 8.地球上一观察者，看见一飞船以速度×10 m从他身边飞过，另一飞船以速 8 m10×跟随飞行．求：度()上的乘客看到的相对速度； ()上的乘客看到的相对速度． ．一物体静止时质量为，当分别以＝7.8 km和＝0.8c的速度飞行时，质量分别
高中物理知识全解 4.5 相对论简介 一：经典力学 经典力学有它的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界；只适用于弱引力情况，不适用于强引力情况。 对于高速运动（速度接近真空中的光速），需要应用爱因斯坦的相对论。当物体的运动速度远小于真空中的光速时，相对论物理学与经典物理学的结论没有区别。 对于微观世界，需要应用量子力学。当普朗克常数可以忽略不计时，量子力学和经典力学的结论没有区别。 对于强引力情况，需要应用爱因斯坦引力理论。当天体的实际半径远大于它们的引力半径时，爱因斯坦引力理论和牛顿引力理论计算出的力的差异并不很大。 二：狭义相对论 ①两个基本假设 惯性系：牛顿第一、第二定律在其中有效的参照系，简称惯性系。如果S为一惯性参照系，则任何对于S做匀速直线运动的参照系都是惯性参照系；而对于S做加速运动的参照系则是非惯性参照系。所有的惯性参照系都是等效的。惯性参照系即惯性系。 1、狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 ∴狭义相对论只涉及无加速度运动的惯性系。 【例题】以下说法中正确的是（） A、经典物理学中的速度合成公式在任何情况下都是适应的。 B、经典物理规律也适应于高速运动的物体。 C、力学规律在一个静止的参考系和一个匀速运动的参考系中是不等价的。 D、力学规律在任何惯性系里都是等价的。 答案：D 2、光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 ∴一切运动的物体相对观察者的速度都不能大于真空中的光速。 【例题】属于狭义相对论基本假设的是：在不同的惯性系中( ) A．真空中光速不变B．时间间隔具有相对性 C．物体的质量不变D．物体的能量与质量成正比 答案：A 【例题】如下图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是（） (A)同时被照亮 (B)A先被照亮 (C)C先被照亮 (D)无法判断