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第十五章第十五章第十五章第十五章 相对论简介相对论简介相对论简介相对论简介【选修【选修【选修【选修3-43-4】15.4 15.4 广义相对论简介广义相对论简介第十五章第十五章第十五章第十五章 相对论简介相对论简介相对论简介相对论简介【选修【选修【选修【选修3-43-4】知识回顾：伽利略相对性原理内容是什么？狭义相对论的两个基本假设是什么？狭义相对论的有哪些推论？狭义相对性原理光速不变原理第十五章第十五章第十五章第十五章 相对论简介相对论简介相对论简介相对论简介【选修【选修【选修【选修3-43-4】阅读思考题阅读思考题1 1、狭义相对论遇到哪两个无法解决的问题、狭义相对论遇到哪两个无法解决的问题？2 2、广义相对论的两个基本原理是什么？、广义相对论的两个基本原理是什么？3 3、根据广义相对论的两个基本原理可以导、根据广义相对论的两个基本原理可以导出那些重要结论？出那些重要结论？下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介1 1、广义相对性原理：、广义相对性原理：伽利略相对性原理伽利略相对性原理 力学力学规律规律在在任何惯性系任何惯性系都是都是相同相同的的爱因斯坦狭义相对性原理爱因斯坦狭义相对性原理(1905(1905年年)在在不同的不同的惯性惯性参考系参考系中，中，一切一切物理规律物理规律都有是都有是相同相同的；的；爱因斯坦广义相对论原理（爱因斯坦广义相对论原理（19161916年）年）在在任何任何参考系中参考系中(包括非惯系）所有的物理规律包括非惯系）所有的物理规律都是都是相同相同的，的，称为称为广义相对性原理广义相对性原理。逻逻辑辑形形式式逐逐渐渐简简约约二、广义相对性原理和等效原理二、广义相对性原理和等效原理在任何参考系中，物理规律都是相同的。在任何参考系中，物理规律都是相同的。推推广广推推广广下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介2 2、等效原理：、等效原理：一个一个均匀均匀的引力场与一个做的引力场与一个做匀加速匀加速运动的参考系运动的参考系等价。等价。（飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们，飞船到底是停泊在一个星球的（飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们，飞船到底是停泊在一个星球的表面，还是在加速远离天体）表面，还是在加速远离天体）下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介阅读思考题阅读思考题根据广义相对论的两个基本原理可以导出根据广义相对论的两个基本原理可以导出那些重要结论？那些重要结论？下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介三、广义相对论的几个结论三、广义相对论的几个结论1 1、物质的引力使光线发生弯曲、物质的引力使光线发生弯曲半透明屏光源 飞船外静止观察者看到这束飞船外静止观察者看到这束光是直线传播的（水平向右）光是直线传播的（水平向右）如果飞船做匀速直线运动，如果飞船做匀速直线运动，船上观察者记录下的光的径迹是船上观察者记录下的光的径迹是一条直线（蓝虚线）一条直线（蓝虚线）如果飞船做匀加速运动，在如果飞船做匀加速运动，在光向右传播的同时，飞的速度也光向右传播的同时，飞的速度也在不断增大，因此船上观察者记在不断增大，因此船上观察者记录下的光的径迹是一条抛物线。录下的光的径迹是一条抛物线。假设飞船静止，而在船尾存在一假设飞船静止，而在船尾存在一个巨大的物体，根据等效原理，在个巨大的物体，根据等效原理，在引引力场力场作用下的一切物理规律和作用下的一切物理规律和一个做一个做匀加速运动匀加速运动的参考系的参考系等价等价。等效原理物质的引力能使光线弯曲物质的引力能使光线弯曲在在一一个个引引力力可可以以忽忽略略的的宇宇宙宙空空间间有有一一艘艘宇宇宙宙飞飞船船下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介通常物体的引力场都太弱，通常物体的引力场都太弱，2020世纪只能观测到太阳引力场引世纪只能观测到太阳引力场引起的光线弯曲起的光线弯曲由于太阳引由于太阳引力场的作用，我力场的作用，我们有可能观测到们有可能观测到太阳后面的恒星，太阳后面的恒星，最好的观测时间最好的观测时间是发生是发生日全食日全食的的时候时候 19191919年年5 5月月2929日，发生日全食，英国考察队分赴几内亚湾和巴西进行观日，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测，证实了爱因斯坦的预言，这是对相对论的最早证实下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介2 2 2 2、引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别、引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别、引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别、引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别 对于高速转动的圆盘，除了对于高速转动的圆盘，除了转动轴的位置外，各点都在做转动轴的位置外，各点都在做加速运动，越是靠近边缘，加加速运动，越是靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心速度越大，方向指向盘心 地面上的人看到：地面上的人看到：越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对越是靠近边缘，速度越大根据狭义相对论，靠近边缘部位的时间进程较慢论，靠近边缘部位的时间进程较慢下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介（多选）1下列说法中正确的是()A物体的引力使光线弯曲B光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用C在强引力的星球附近，时间进程会变慢D广义相对论可以解释引力红移现象答案：ACD下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介(单选单选)2关于相关于相对论对论，下列，下列说说法正确的是法正确的是()A狭狭义义相相对论认为对论认为，如果物体在地面上静止不，如果物体在地面上静止不动动，任何人在任何参考系里面任何人在任何参考系里面测测出物体的出物体的长长度都是一度都是一样样的的B狭狭义义相相对论认为对论认为，对对于一切物理于一切物理规规律，所有的参考系律，所有的参考系都是平都是平权权的的C狭狭义义相相对论认为对论认为相相对对于于观观察者静止的察者静止的钟钟走得是最慢的走得是最慢的D广广义义相相对论认为对论认为一个做匀加速运一个做匀加速运动动的参考系和一个的参考系和一个均匀的引力均匀的引力场场是等效的是等效的答案：D下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介3.设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行，5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞。试问：(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向它运动？(2)从飞船中的时钟来看，还有多少时间允许它离开航线，以避免与彗星碰撞。答案：(1)0.946c(2)4.0s解析：这是一个相对论速度变换问题。取地球为S系，飞船为S系，向东为x轴正向，则S系相对S系的速率v0.60c，彗星相对S系的速率ux0.80c(1)由速度变换可得所求结果ux0.946c即彗星以0.946c的速率向飞船靠近。(2)由时间间隔的相对性有t5.0 s解得4.0 s下一页上一页15.15.4 4 广义相对论简介广义相对论简介小结狭义、广义相对论小结狭义、广义相对论小结狭义、广义相对论小结狭义、广义相对论狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论不同的不同的惯性惯性参考系中一参考系中一切物理规律切物理规律都是相同的都是相同的 任何参考系任何参考系（包括非惯性（包括非惯性系）中物理规系）中物理规律都是相同的律都是相同的真空中的光真空中的光速在不同惯速在不同惯性参考系中性参考系中都是相等的都是相等的 一个均匀的一个均匀的引力场与一个引力场与一个做匀加速运动做匀加速运动的参考系等价的参考系等价更进一步更进一步等等效效原原理理光光速速恒恒定定爱因爱因斯坦斯坦相对相对性原性原理理广广义义相相对对性性原原理理