2018-2019學(xué)年高中物理 第6章 相對(duì)論與天體物理 第2講 廣義相對(duì)論初步 探索宇宙課件 魯科版選修3-4.ppt

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第6章——,相對(duì)論與天體物理,,第2講廣義相對(duì)論初步探索宇宙,目標(biāo)定位1.了解廣義相對(duì)論的基本原理.2.初步了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)主要觀(guān)點(diǎn)以及主要觀(guān)測(cè)證據(jù).3.了解宇宙起源與宇宙內(nèi)部構(gòu)成．,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、廣義相對(duì)論初步,1．廣義相對(duì)論的基本原理(1)廣義相對(duì)性原理：在參考系(包括非慣性系)中物理規(guī)律都是相同的．(2)等效原理：參考系中的慣性力場(chǎng)與均勻引力場(chǎng)不可區(qū)分．,任何,勻加速,2．廣義相對(duì)論的時(shí)空結(jié)構(gòu)(1)引力的存在對(duì)時(shí)間的影響：在引力場(chǎng)中，時(shí)鐘變．(2)引力的存在對(duì)空間的影響：引力的存在會(huì)使空間變形，在引力方向上，空間間隔．在與引力垂直的方向上，空間間隔變，發(fā)生了彎曲．,慢,不變,短,3．廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)(1)水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)愛(ài)因斯坦用廣義相對(duì)論引力場(chǎng)方程，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，得出水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)還應(yīng)有每百年43.03″的附加值，這是時(shí)空彎曲對(duì)平方反比律的修正引起的．(2)光線(xiàn)在引力場(chǎng)中發(fā)生．,彎曲,(3)引力紅移現(xiàn)象引力場(chǎng)的存在使原子在太陽(yáng)表面附近發(fā)出的光比同類(lèi)原子在地球表面附近發(fā)出的光，波長(zhǎng)、頻率偏、顏色偏．(4)雷達(dá)回波延遲：從地球上發(fā)出的雷達(dá)信號(hào)．經(jīng)太陽(yáng)附近到達(dá)某一星球后再反射回地球，傳播時(shí)間會(huì)有所．,長(zhǎng),低,紅,延遲,二、探索宇宙,1．宇宙的起源宇宙起源于一個(gè)“奇點(diǎn)”，在該奇點(diǎn)，溫度為，物質(zhì)密度為，空間急劇，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150億年，形成了我們今天的宇宙．,無(wú)窮大,無(wú)窮大,膨脹,膨脹,降低,2．宇宙里有什么宇宙中有眾多由恒星組成的星系，天穹上大多數(shù)光點(diǎn)是銀河系中的，太陽(yáng)是銀河系中的一顆．在太陽(yáng)系中除了八大外還有幾十顆、眾多小行星、難以計(jì)數(shù)的彗星和流星體等.,恒星,恒星,衛(wèi)星,行星,對(duì)廣義相對(duì)論的理解,,1．廣義相對(duì)性原理與狹義相對(duì)性原理并不相同．狹義相對(duì)性原理僅適用于慣性系，而廣義相對(duì)性原理適用于一切參考系．2．光線(xiàn)在引力場(chǎng)中彎曲，以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場(chǎng)很強(qiáng)的情況下產(chǎn)生的效應(yīng)．3．光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線(xiàn)傳播的現(xiàn)象，在我們的日常生活中仍然成立．,例1下列說(shuō)法中正確的是()A．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)性原理B．在不同的參考系中，物理規(guī)律都是不同的，例如牛頓定律僅適用于慣性參考系C．一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，這就是著名的等效原理D．一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，這就是著名的等效原理,解析根據(jù)廣義相對(duì)論基本原理可知，選項(xiàng)A、D正確．答案AD,例2下列說(shuō)法中正確的是()A．物質(zhì)的引力使光線(xiàn)彎曲B．光線(xiàn)彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用C．在強(qiáng)引力的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢D．廣義相對(duì)論可以解釋引力紅移現(xiàn)象解析從廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)可以得出：物質(zhì)的引力使光線(xiàn)彎曲；引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別，如在矮星表面的引力很強(qiáng)，那里的時(shí)間進(jìn)程變慢，從而導(dǎo)致引力紅移，所以正確的選項(xiàng)為A、C、D.,ACD,1．廣義相對(duì)論的兩條基本原理分別如下，廣義相對(duì)性原理：___________________________________；等效原理：_______________________________________________.,對(duì)廣義相對(duì)論的理解,,在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的,一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià),2．在日全食的時(shí)候，通過(guò)儀器可以觀(guān)察到太陽(yáng)后面的恒星，這說(shuō)明星體發(fā)出的光()A．經(jīng)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生了衍射B．可以穿透太陽(yáng)及其他障礙物C．在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲D．經(jīng)過(guò)太陽(yáng)外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射解析根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可知，光線(xiàn)在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如日全食時(shí))通過(guò)儀器觀(guān)察到太陽(yáng)后面的恒星，故C正確．,C,3．下列說(shuō)法中正確的是()A．萬(wàn)有引力可以用狹義相對(duì)論作出正確的解釋B．電磁力可以用狹義相對(duì)論作出正確的解釋C．狹義相對(duì)論是慣性參考系之間的理論D．萬(wàn)有引力理論無(wú)法納入狹義相對(duì)論的框架,BCD,4．關(guān)于廣義相對(duì)論和狹義相對(duì)論之間的關(guān)系．下列說(shuō)法正確的是()A．它們之間沒(méi)有任何聯(lián)系B．有了廣義相對(duì)論，狹義相對(duì)論就沒(méi)有存在的必要了C．狹義相對(duì)論能夠解決時(shí)空彎曲問(wèn)題D．為了解決狹義相對(duì)論中的參考系問(wèn)題提出了廣義相對(duì)論,解析狹義相對(duì)論之所以稱(chēng)為狹義相對(duì)論，就是只能對(duì)于慣性參考系來(lái)講的，時(shí)空彎曲問(wèn)題是有引力存在的問(wèn)題，需要用廣義相對(duì)論進(jìn)行解決．答案D,5．下列說(shuō)法中，正確的是()A．由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的影響，我們有可能看到太陽(yáng)后面的恒星B．強(qiáng)引力作用可使光譜線(xiàn)向紅端偏移C．引力場(chǎng)越強(qiáng)的位置，時(shí)間進(jìn)程越快D．由于物質(zhì)的存在，實(shí)際的空間是彎曲的,解析由廣義相對(duì)論可知：物質(zhì)的引力使光線(xiàn)彎曲，因此選項(xiàng)A、D是正確的；在引力場(chǎng)中時(shí)間進(jìn)程變慢，而且引力越強(qiáng)，時(shí)間進(jìn)程越慢，因此我們能觀(guān)察到引力紅移現(xiàn)象，所以選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤．答案ABD,6．若宇宙飛船是全封閉的，航天員與外界沒(méi)有任何聯(lián)系，當(dāng)他發(fā)現(xiàn)飛船內(nèi)沒(méi)有支撐的物體都以某一加速度落向艙底，由此，他作出如下判斷中，正確的說(shuō)法是()A．此飛船一定是停在某個(gè)星球的表面上B．此飛船一定是正在遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行C．此飛船可能是停在某個(gè)星球的表面上，也可能是正在遠(yuǎn)離任何天體的空間加速飛行D．此飛船可能在遠(yuǎn)離任何天體的空間中勻速飛行,C,