人教版高中物理选修广义相对论简介教学课件2

种现象叫做引力透镜效应．
宇宙中很可能存在黑洞， 它不辐射电磁波，因此无法直 接观测，但是它的巨大质量和 极小的体积使其附近产生极强 的引力场，引力透镜是探索黑 洞的途径之一． 无 法 观 测
星体
星体
黑 洞
时间间隔与引力场有关
出现差别．
对于高速转动的圆盘，除 了转动轴的位置外，各点都在 做加速运动，越是靠近边缘， 加速度越大，方向指向盘心． 地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论， 靠近边缘部位的时间进程较慢．
广义相对论简介
20世纪只能观测到太阳 引力场引起的光线弯曲．

太阳
由于太阳引 力场的作用，我 们有可能观测到 太阳后面的恒星， 最好的观测时间 是发生日全食的 时候．
1919年5月29日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行 观测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最早证实．
广义相对论简介
高中物理新人教版 选修３- 4系列课件
15.4《广义相对论简介》
教学目标
• 知识与技能： • （1）了解广义相对论基本原理 广义相对性原理和等效 原理 • （2）广义相对论主要结论 物质的引力使光线弯曲和强 引力场附近的时间进程会变慢 • （3）介绍广义相对论的实验验证 • 过程与方法： • （1）了解爱因斯坦思考和推演会在宇宙中人类的渺小和科学的巨大力量 • 教学重点、难点 ： • 1、广义相对性原理和等效原理2、广义相对论的主要结论： 引力使光线弯曲和强引力场附近的时间进程会变慢
为了让牛顿定律在 非惯性系中能够成 立，引入惯性力．
光滑表面
a Fi ma
非惯性系和惯性系
牛顿第二定律的表达式 惯性力的定义式
F ma
注意不 要混淆

(1)经典力学：物体的质量是 不变 的，一定的力作用在物体 上产生一定的 加速度 ，足够长时间后物体可以达到 任意 的速度。
(2)相对论：物体的质量随物体 速度 的增大而增大。
物体以速度 v 运动时的质量 m0
m
与静止时的质量
m0
之间的关
系是：m＝_____1_－__v_c_2___，因为总有 v＜c，可知运动物体的质量
(3)物体的总能量 E 为动能与静质能之和，即 E＝Ek＋E0＝
mc2(m 为动质量)。
(4)由质能关系式可知 ΔE＝Δmc2。
[典例] 一匀质矩形薄板，在它静止时测得其长度为 a，宽为 b，质量为 m0，由此可算得其面积密度为 ρ＝mab0。假定该薄板沿长 度方向以接近光速的速度 v 做匀速直线运动，此时再测算该矩形 薄板的面积密度为多少？
[解析] 由相对论长度公式 a′＝a
1－vc 2；
相对论质量 m＝
m0 1－vc 2
所以 ρ′＝a′m b＝ ab
[答案]
ρ 1－vc 2
m0 1－1－vcvc22＝1－ρvc 2。
(1)质能方程没有“质能转化”的含义，质能方程只反映 质量和能量在量值上的关系，二者不能相互转化。对一个封闭 系统而言，质量是守恒的，能量也是守恒的。
第 3、4 节
狭义相对论的其他结论 广义相对论简介
1．光速是宇宙速度的极限，相对任何参考系光速 都是一样的。
2．物体的质量随物体速度的增大而增大，质能方 程：E＝mc2。
3．广义相对论的基本原理：在任何参考系中，物 理规律都是相同的；一个均匀的引力场与一个 做匀加速运动的参考系等价。
4．广义相对论的结论：光线在引力场中偏转；引 力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现 偏差。

跨学科交叉融合概述
物理学作为自然科学的基础学科，与数学、化学、天文学、工程学等学科存在广泛交叉融合。这种交叉融合为物理学 研究提供了新的思路和方法。
在物理学中的应用
跨学科交叉融合在物理学中体现在多个方面，如利用数学工具解决物理问题、借鉴化学原理研究材料性质、运用工程 技术实现物理实验装置等。
对未来发展的影响
探测技术
目前主要通过激光干涉引力波天文台（ LIGO）等地面探测器以及空间探测器（如 LISA计划）来探测引力波。这些探测器利用 高精度测量技术，能够捕捉到极其微弱的引 力波信号。
广义相对论在宇宙学中应用
宇宙学原理
广义相对论为宇宙学提供了理论基础，其中 最重要的原理是宇宙学原理，即宇宙在大尺 度上是均匀且各向同性的。这一原理为我们 理解宇宙的起源、演化和未来提供了重要线 索。
统一理论构想
物理学家尝试通过构建更高层次的理论框架，如量子引力 理论，实现量子力学与相对论的统一。
实验验证与观测
目前尚未有直接验证统一理论的实验手段，但通过对宇宙 背景辐射、黑洞等天文现象观测，可间接验证相关理论。
超弦理论、M理论等新型理论框架介绍
01 02
超弦理论
超弦理论是一种尝试统一量子力学和广义相对论的理论框架。它认为所 有基本粒子都是由一维的弦构成，这些弦在多维空间中振动，形成不同 的粒子。
确性。
误差分析
在实验验证过程中，可能会受到多种因素的影响而产生误差，如实验设备的精度限制、 测量过程中的随机误差等。为了减小误差的影响，可以采用多次测量取平均值、改进实
验设备等方法来提高实验的精度和可靠性。
03 广义相对论引力 场理论探讨
引力场方程及其物理意义
引力场方程
描述物质如何影响空间的几何形态， 以及物体在引力场中的运动轨迹。

探究一
探究二
问题导引 名师精讲 典例剖析
变式训练2导学号73884157下列说法正确的是 ( ) A.由于太阳引力场的影响,我们有可能看到太阳后面的恒星 B.强引力作用可使光谱线向红端偏移 C.引力场越强的位置,时间进程越慢 D.由于物质的存在,实际的空间是弯曲的 解析：由广义相对论我们知道:物质的引力使光线弯曲,因此选 项A、D正确。在引力场中时间进程变慢,而且引力越强,时间进程 越慢,因此我们能观察到引力红移现象,所以选项B、C正确。 答案：ABCD
1234
3.导学号73884158(考查质能方程)正、负电子的静止质量均为m0, 当一个正电子和一个负电子相遇时可以发生湮灭现象,即两电子消
失而产生一对相同的光子,则每个光子的能量为( )
A.m0c2 C.12m0c2
B.2m0c2 D.14m0c2
解析：光子能量的来源是电子质量的损失,每个电子由于质量而具
例如:回旋加速器中被加速的粒子的质量变大,导致粒子做圆周运
动的周期变大,它的运动与加在D形盒上的交变电压不再同步,回旋
加速器的加速能量因此受到了限制。
探究一
探究二
问题导引 名师精讲 典例剖析
3.质能方程 (1)静止物体的能量为E0=m0c2,这种能量叫作物体的静质能。每 个有静质量的物体都具有静质能。 (2)对于一个以速率 v 运动的物体,其动能 Ek=m0c2( 11-������������22-1)。
=
2×1.6×10-17 9.1×10-31
m/s=5.9×106 m/s。
答案：1.6×10-17J 0.02% 5.9×106 m/s 可以使用经典动能公 式
探究一
探究二
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