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课件网) 广义相对论简介 ? ?? 初步了解广义相对论的几个主要观点及主要观测证据?? 关注宇宙学研究的新进展 教学目标 广义相对性原理和等效原理 理解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。 教学重点 教学难点 狭义相对论出现以后，整个世界都处于震惊和赞叹之中。 而爱因斯坦却在冷静地思考狭义相对论无法解决的两个问题： 现成的理论都不涉及这个问题。 万有引力定律无法纳入狭义相对论的理论框架。 狭义相对论只适用于惯性系 为什么惯性系具有这样的地位？狭义相对论无法解释 1、引力问题 2、非惯性系问题 引力的作用以什么速度传递？ 因为上述两个问题，狭义相对论无法解释，爱因斯坦提出了广义相对论。 爱因斯坦 ? ? 理解等效原理 理解广义相对性原理 广义相对论的基本原理 1、广义相对性原理： 在任何参考系中，物理规律都是相同的。 ? ? ? ? ? 伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系都是相同的 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 爱因斯坦狭义相对性原理 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都有是相同的 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?爱因斯坦广义相对论原理 在任何参考系中(包括非惯系），所有的物理规律都是相同的，称为广义相对性原理。 广义相对论的基本原理 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 广义相对论的基本原理 2、等效原理： 在封闭的宇宙飞船内，一小球以某一加速度落向舱底。 这可能是由于飞船处于某个星球的引力场中；? 也可能飞船正在远离任何天体的空间加速飞行。 飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们，飞船到底是在加速运动，还是停泊在一个行星的表面。 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价 广义相对论的基本原理 狭义相对论 广义相对论 爱因斯坦相对性原理 不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的 任何参考系（包括非惯性系）中物理规律都是相同的 广义相对性原理 等效原理 真空中的光速在不同惯性参考系中都是相等的 光速恒定 一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价 狭义相对论和广义相对论的比较 对于时空观的认识 狭义相对论 广义相对论 光速恒定 等效原理 时空性质和物质的运动有关 物质本身的存在决定时空的性质 惯性系平权 所有参考系平权 狭义相对论和广义相对论的比较 继续理解等效原理 学习利用惯性力处理非惯性参考系问题 惯性力 如果在一个参考系中牛顿定律能够成立，这个参考系称作惯性参考系。 牛顿运动定律不能成立的参考系则是非惯性参考系。 非惯性系和惯性系 以车厢为参考系，当列车加速运行时，小球会相对于车厢加速向后运动 非惯性系和惯性系 光滑表面 加速运动的列车是个非惯性参考系。 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 非惯性系和惯性系 “－”号表示惯性力的方向与非惯性系的加速度方向相反。 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 以加速上升的电梯为参考系，我们可以认为乘坐电梯的人除了受到重力的作用，还受到一个向下的惯性力。 重力和惯性力的合力使人感受到了超重。 非惯性系和惯性系 21世纪，人类在空间站中长期生活，为了克服失重带来的不利影响，可以将空间站设计成一个大转轮，绕轴自转，其上各点都有一个指向转动轴的向心加速度。 因此，以空间站为参考系，与它一起旋转的物体都受到一个背离转动轴的惯性力，这就是所谓的人造重力。 非惯性系和惯性系 质量的定义 质量是决定物体惯性大小的唯一因素 物体之间的万有引力与物体的质量有关 由惯性定义的质量称为惯性质量 由引力定义的质量称为引力质量 运动状态难改变 惯性质量和引力质量 位于地面且静止 加速飞行 ... ...
