15．4 广义相对论简介

教学目标】

　　（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。

【新课教学】

引 入

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。

一、超越狭义相对论的思考

　　爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：

　　1、引力问题，狭义相对论无法解释引力作用以什么速度传递；万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳人狭义相对论的理论框架；

　　2、非惯性系问题，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？它们是促成广义相对论的前提。

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。

二、广义相对性原理和等效原理

　　1、相对性原理

　　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(1905年)：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（1916年）：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。

　　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，这就是等效原理。

　　爱因斯坦考虑要解决第二个问题，必须去掉惯性系在相对论理论中的特殊地位，把相对性原理从"任何惯性系平权"推广到"包括非惯性系在内的任意参考系(即包括惯性系和非惯性系)平权"。

三、广义相对论几个结论以及相关实验验证

　　从广义相对论两个基本原理出发，爱因斯坦预见性地提出了验证这一理论的几个著名实验。

1、物质的引力使光线弯曲：光线经过强引力场中发生弯曲

飞船外观察者看到这束光是直线传播的（水平向右）,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一条直线（虚线）,如果飞船做匀加速运动，在光向右传播的同时，飞的速度也在不断增大，因此船上观察者记录下的光的径迹是一条抛物线。通常物体的引力