高中物理 第6章 相對(duì)論與天體物理 第3節(jié) 廣義相對(duì)論初步 第4節(jié) 探索宇宙知識(shí)導(dǎo)航素材 魯科版選修34

《高中物理 第6章 相對(duì)論與天體物理 第3節(jié) 廣義相對(duì)論初步 第4節(jié) 探索宇宙知識(shí)導(dǎo)航素材 魯科版選修34》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第6章 相對(duì)論與天體物理 第3節(jié) 廣義相對(duì)論初步 第4節(jié) 探索宇宙知識(shí)導(dǎo)航素材 魯科版選修34（3頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第3節(jié) 廣義相對(duì)論初步 第4節(jié) 探索宇宙 思維激活 “上下四方曰宇，古往今來(lái)曰宙”，我們的祖先從空間和時(shí)間的角度深刻地描繪了宇宙.晴朗的夜晚，仰望茫茫太空，繁星閃爍，斗轉(zhuǎn)星移，你是否深思過(guò)，感嘆過(guò)，我們賴以生存的廣闊地球，在宇宙中也不過(guò)是滄海一粟，宇宙到底有多大,宇宙里到底有什么,宇宙是否也像一粒種子一樣有其萌發(fā)、生長(zhǎng)、成熟、消亡的自然規(guī)律呢？ 提示:根據(jù)廣義相對(duì)論和對(duì)宇宙的大量觀察、分析、研究，人們提出了“大爆炸”宇宙模型，宇宙起源于一個(gè)“奇點(diǎn)”，也有其演化的規(guī)律，宇宙的未來(lái)歸宿怎么樣等許多懸而未決的難題，正等待著我們這些風(fēng)華正茂的同學(xué)們?nèi)パ芯刻剿? 自主整理 一

2、、廣義相對(duì)論初步 1．廣義相對(duì)論有兩個(gè)基本原理： （1）廣義相對(duì)性原理：在_______________中_______________都是相同的. (2)等效原理: _______________與_______________不可區(qū)分. 2．廣義相對(duì)論深刻地揭示了時(shí)間、空間與_______________的密切關(guān)系. 3.廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)主要有4項(xiàng),分別是(1)水星近日點(diǎn)的_______________;(2)光線在引力場(chǎng)中的_______________;(3)引力_______________現(xiàn)象;(4)雷達(dá)回波_______________. 二、探索宇宙 1.“大

3、爆炸”宇宙模型認(rèn)為，宇宙起源于一個(gè)_______________，在該點(diǎn)，溫度為無(wú)窮大，物質(zhì)密度為無(wú)窮大，空間_______________，即發(fā)生宇宙大爆炸，之后，宇宙不斷_______________，溫度不斷_______________，大約經(jīng)歷了_______________年，形成了我們今天的宇宙. 2.黑洞是看不見(jiàn)的天體,是沒(méi)有“出口”的“洞”，是一個(gè)具有_______________的空間區(qū)域. 高手筆記 1.廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理 （1）在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的，這就是廣義相對(duì)論原理.在廣義相對(duì)論中,愛(ài)因斯坦把狹義相對(duì)性原理發(fā)展到了非慣性系. (2)勻加

4、速參考系中慣性力場(chǎng)與均勻引力場(chǎng)不可區(qū)分,這就是等效原理. 2.廣義相對(duì)論的時(shí)空結(jié)構(gòu) 加速參考系中出現(xiàn)的慣性力等效于引力,引力的出現(xiàn)對(duì)時(shí)空的影響,也就等效于加速參考系中的時(shí)空結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)大圓盤的研究,得出如下結(jié)論: (1)引力場(chǎng)中,時(shí)鐘變慢,引力場(chǎng)越強(qiáng),時(shí)鐘變慢越甚,這就是引力的存在對(duì)時(shí)間的影響. (2)引力的存在會(huì)使空間變形,在引力方向上,空間間隔不變,在與引力垂直的方向上,空間間隔變短(直尺變短),發(fā)生了彎曲;引力越強(qiáng)的地方,這種效應(yīng)越明顯. 3.大爆炸宇宙學(xué) 宇宙起源于一個(gè)奇點(diǎn),在該奇點(diǎn),溫度為無(wú)窮大,密度為無(wú)窮大,空間急劇膨脹,即發(fā)生宇宙大爆炸,之后,宇宙

5、不斷膨脹,溫度不斷降低,大約經(jīng)歷150億年形成我們今天的宇宙. 宇宙還處于膨脹階段,未來(lái)將會(huì)怎樣演化,目前還不能確定. 名師解惑 1.怎樣正確理解廣義相對(duì)性原理? 剖析:前面我們學(xué)過(guò)經(jīng)典相對(duì)性原理,也學(xué)習(xí)了狹義相對(duì)性原理,這里的廣義相對(duì)性原理與前兩者都不相同,不管是參考系的范圍還是規(guī)律的范圍都擴(kuò)大了,這里的規(guī)律是指物理規(guī)律，這里的參考系是指任何參考系. 2.怎樣理解等效原理? 剖析:我們可以從引力場(chǎng)和勻加速參考系產(chǎn)生的效果上來(lái)考慮等效原理,引力場(chǎng)的作用是使物體加速向下運(yùn)動(dòng),如果參考系是加速向上運(yùn)動(dòng)的,我們將會(huì)觀察到靜止的物體也“向下”運(yùn)動(dòng)，它們兩者產(chǎn)生的效果

6、是一樣的，也就是說(shuō)，非慣性參考系中出現(xiàn)的慣性力與引力在力學(xué)效應(yīng)上是等效的. 講練互動(dòng) 【例題1】假如宇宙飛船是全封閉的,航天員與外界沒(méi)有任何聯(lián)系,但是航天員觀察到,飛船內(nèi)沒(méi)有支撐的物體都以某一加速度落向艙底,請(qǐng)分析這些物體運(yùn)動(dòng)的原因及由此得到的結(jié)論. 解析：飛船內(nèi)沒(méi)有支撐的物體都以某一加速度落向艙底的原因可能是飛船正在向遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行,也可能是由于飛船處于某個(gè)星球的引力場(chǎng)中,實(shí)際上飛船內(nèi)部的任何物理過(guò)程都不能告訴我們飛船到底是加速運(yùn)動(dòng)還是停泊在一個(gè)行星的表面. 這個(gè)事實(shí)說(shuō)明:一個(gè)勻加速運(yùn)動(dòng)的非慣性系中出現(xiàn)的慣性力與引力在力學(xué)效應(yīng)上是等效的.即勻加速參考系中的慣性力場(chǎng)

7、與均勻引力場(chǎng)不可區(qū)分. 答案：見(jiàn)解析 綠色通道 正確理解廣義相對(duì)論的等效原理,知道它的假設(shè)推理的過(guò)程. 變式訓(xùn)練 1.怎樣由廣義相對(duì)論的基本原理推斷出光在引力場(chǎng)中將發(fā)生彎曲? 解析：假設(shè)在引力可以忽略的空間有一艘宇宙飛船在做勻加速直線運(yùn)動(dòng),一束光垂直于運(yùn)動(dòng)方向在飛船內(nèi)傳播(如圖),船外靜止的觀察者看到這束光是沿直線傳播的,但是航天員以飛船為參考系看到的卻是另外一番情景. 以加速運(yùn)動(dòng)的飛船為參考系,光線會(huì)彎曲 為了記錄光束在飛船中的徑跡,航天員在船里等距離地放置一些半透明的屏,光可以透過(guò)這些屏,同時(shí)在屏上留下光點(diǎn).由于飛船在前進(jìn),光到達(dá)右邊一屏的位置總會(huì)比到達(dá)

8、左邊一屏的位置更加靠近船尾,如果飛船做勻速直線運(yùn)動(dòng),飛船上的觀察者看到光的徑跡仍是一條直線(圖中的虛線).然而,如果飛船做勻加速直線運(yùn)動(dòng),在光向右傳播的同時(shí),飛船的速度也在不斷增大,因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條曲線(圖中的實(shí)線). 根據(jù)等效原理,航天員也完全可以認(rèn)為飛船沒(méi)有加速運(yùn)動(dòng),而是在船尾方向存在一塊巨大的物體,它的引力場(chǎng)影響了飛船內(nèi)的物理過(guò)程,因此我們得出結(jié)論:物質(zhì)的引力使光線彎曲. 答案：見(jiàn)解析 【例題2】哪些實(shí)驗(yàn)觀測(cè)支持廣義相對(duì)論? 解析:1919年5月29日,兩支英國(guó)考察隊(duì)分赴幾內(nèi)亞灣和巴西,利用日全食的機(jī)會(huì)對(duì)恒星進(jìn)行觀測(cè),觀測(cè)到恒星的位置與實(shí)際不符

9、,證明了光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近的引力場(chǎng)時(shí)發(fā)生了彎曲,彎曲的角度與廣義相對(duì)論計(jì)算的結(jié)果吻合. 1959年,科學(xué)家完成了第一個(gè)地面上的引力紅移實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)氫原子發(fā)射的光從太陽(yáng)傳播到地球時(shí),它的頻率要比地球上氫原子發(fā)射的光的頻率低,1961年,科學(xué)家們觀察到太陽(yáng)光譜的鈉譜線的引力紅移與相對(duì)論計(jì)算的結(jié)果比較符合. 通過(guò)發(fā)現(xiàn)水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)是每世紀(jì)5 600.73″,比牛頓力學(xué)理論計(jì)算值相比多了43.11″,這個(gè)差別非常小,卻成為天文學(xué)的一個(gè)難題,而廣義相對(duì)論成功地預(yù)言水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)還應(yīng)有每世紀(jì)43.03″的附加值,也被看作是廣義相對(duì)論的一大實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證. 綠色通道 廣義相對(duì)論已得

10、到了許多天文觀察和宇宙觀察的驗(yàn)證,可查閱有關(guān)資料,也可上網(wǎng)查詢,以了解更多的信息. 變式訓(xùn)練 2.什么是引力紅移現(xiàn)象? 答案：根據(jù)廣義相對(duì)論,在引力場(chǎng)中,時(shí)鐘變慢,太陽(yáng)表面附近的引力場(chǎng)很強(qiáng),原子發(fā)光的振動(dòng)周期可以看成一臺(tái)時(shí)鐘,所以原子在太陽(yáng)表面附近發(fā)出光的周期應(yīng)比同類原子在地球表面附近發(fā)出光的周期長(zhǎng),周期長(zhǎng)表示波長(zhǎng)長(zhǎng),頻率偏低,顏色偏紅,這種現(xiàn)象稱為“光譜線的引力紅移”現(xiàn)象.該現(xiàn)象已多次在天文觀測(cè)中得到證實(shí). 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375