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黑洞

关于这个模拟实验

这个 3D 黑洞模拟展示了绕事件视界外运行的气体，暗色阴影约为视界半径的 2.6 倍，以及盘中朝向你运动的较亮一侧。滑块可将质量设置在 3 到 100 个太阳质量之间，并调整盘的倾角；开关控制多普勒眩光。读数给出视界半径、最内稳定轨道、轨道周期和速度。教师可以用它把质量与大小联系起来，并解释为什么旋转盘的一侧看起来更亮。

学生可以探索什么

  • 拖动“质量”滑块，观察“视界半径 r_s”读数如何以千米为单位增大。
  • 将盘的倾角从 5 度调到 85 度，观察弯曲光环的形状如何变化。
  • 先关闭多普勒眩光，再打开，观察为什么靠近的一侧看起来更亮。
  • 读取“ISCO 处的轨道速度”，并将它与光速进行比较。
  • 拖动以环绕相机，并放大，比较视界、阴影边缘和最内稳定轨道标签。

学习目标

  1. 1描述黑洞的事件视界是什么，以及它的半径如何取决于质量。
  2. 2解释为什么旋转盘在朝向观察者一侧看起来更亮。
  3. 3认识到引力会弯曲光线，从而在暗色阴影周围形成一圈光环。
  4. 4比较不同质量黑洞的轨道速度和大小。

教师常问的问题

黑洞模拟可以免费使用吗？

可以。它完全免费，可在任何现代网络浏览器中运行，包括交互式白板、平板电脑、Chromebook 和手机。无需安装，也不需要注册或账户。

黑洞的事件视界有多大？

它的半径，即史瓦西半径，为 r_s = 2GM/c²，每个太阳质量约为 2.95 公里。因此，10 个太阳质量的黑洞视界半径约为 30 公里。

为什么盘的一侧更亮？

一侧的气体以接近光速的很大比例朝你运动，相对论性多普勒束流使这一侧亮得多。远离的一侧则变暗。切换多普勒眩光即可进行比较。

我如何在课堂上使用黑洞模拟？

拖动质量滑块并记下读数，然后改变盘的倾角并切换眩光。让学生在每次改变前先预测结果，再对照屏幕上的标签进行核对。

嵌入这个模拟实验

免费嵌入你的学习平台、博客或班级网站。

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