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

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第6章——,相對論與天體物理,,第2講廣義相對論初步探索宇宙,目標(biāo)定位1.了解廣義相對論的基本原理.2.初步了解廣義相對論的幾個主要觀點以及主要觀測證據(jù).3.了解宇宙起源與宇宙內(nèi)部構(gòu)成．,,欄目索引CONTENTSPAGE,一、廣義相對論初步,1．廣義相對論的基本原理(1)廣義相對性原理：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與均勻引力場不可區(qū)分．,任何,勻加速,2．廣義相對論的時空結(jié)構(gòu)(1)引力的存在對時間的影響：在引力場中，時鐘變．(2)引力的存在對空間的影響：引力的存在會使空間變形，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．廣義相對論的實驗檢驗(1)水星近日點的進(jìn)動愛因斯坦用廣義相對論引力場方程，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，得出水星近日點的進(jìn)動還應(yīng)有每百年43.03″的附加值，這是時空彎曲對平方反比律的修正引起的．(2)光線在引力場中發(fā)生．,彎曲,(3)引力紅移現(xiàn)象引力場的存在使原子在太陽表面附近發(fā)出的光比同類原子在地球表面附近發(fā)出的光，波長、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．經(jīng)太陽附近到達(dá)某一星球后再反射回地球，傳播時間會有所．,長,低,紅,延遲,二、探索宇宙,1．宇宙的起源宇宙起源于一個“奇點”，在該奇點，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．,無窮大,無窮大,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)光點是銀河系中的，太陽是銀河系中的一顆．在太陽系中除了八大外還有幾十顆、眾多小行星、難以計數(shù)的彗星和流星體等.,恒星,恒星,衛(wèi)星,行星,對廣義相對論的理解,,1．廣義相對性原理與狹義相對性原理并不相同．狹義相對性原理僅適用于慣性系，而廣義相對性原理適用于一切參考系．2．光線在引力場中彎曲，以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場很強的情況下產(chǎn)生的效應(yīng)．3．光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象，在我們的日常生活中仍然成立．,例1下列說法中正確的是()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．一個均勻的引力場與一個做勻速運動的參考系等價，這就是著名的等效原理D．一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價，這就是著名的等效原理,解析根據(jù)廣義相對論基本原理可知，選項A、D正確．答案AD,例2下列說法中正確的是()A．物質(zhì)的引力使光線彎曲B．光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用C．在強引力的星球附近，時間進(jìn)程會變慢D．廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象解析從廣義相對論的兩個基本假設(shè)可以得出：物質(zhì)的引力使光線彎曲；引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別，如在矮星表面的引力很強，那里的時間進(jìn)程變慢，從而導(dǎo)致引力紅移，所以正確的選項為A、C、D.,ACD,1．廣義相對論的兩條基本原理分別如下，廣義相對性原理：___________________________________；等效原理：_______________________________________________.,對廣義相對論的理解,,在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的,一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價,2．在日全食的時候，通過儀器可以觀察到太陽后面的恒星，這說明星體發(fā)出的光()A．經(jīng)太陽時發(fā)生了衍射B．可以穿透太陽及其他障礙物C．在太陽引力場作用下發(fā)生了彎曲D．經(jīng)過太陽外的大氣層時發(fā)生了折射解析根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論可知，光線在太陽引力場作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r候(如日全食時)通過儀器觀察到太陽后面的恒星，故C正確．,C,3．下列說法中正確的是()A．萬有引力可以用狹義相對論作出正確的解釋B．電磁力可以用狹義相對論作出正確的解釋C．狹義相對論是慣性參考系之間的理論D．萬有引力理論無法納入狹義相對論的框架,BCD,4．關(guān)于廣義相對論和狹義相對論之間的關(guān)系．下列說法正確的是()A．它們之間沒有任何聯(lián)系B．有了廣義相對論，狹義相對論就沒有存在的必要了C．狹義相對論能夠解決時空彎曲問題D．為了解決狹義相對論中的參考系問題提出了廣義相對論,解析狹義相對論之所以稱為狹義相對論，就是只能對于慣性參考系來講的，時空彎曲問題是有引力存在的問題，需要用廣義相對論進(jìn)行解決．答案D,5．下列說法中，正確的是()A．由于太陽引力場的影響，我們有可能看到太陽后面的恒星B．強引力作用可使光譜線向紅端偏移C．引力場越強的位置，時間進(jìn)程越快D．由于物質(zhì)的存在，實際的空間是彎曲的,解析由廣義相對論可知：物質(zhì)的引力使光線彎曲，因此選項A、D是正確的；在引力場中時間進(jìn)程變慢，而且引力越強，時間進(jìn)程越慢，因此我們能觀察到引力紅移現(xiàn)象，所以選項B正確，C錯誤．答案ABD,6．若宇宙飛船是全封閉的，航天員與外界沒有任何聯(lián)系，當(dāng)他發(fā)現(xiàn)飛船內(nèi)沒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，正確的說法是()A．此飛船一定是停在某個星球的表面上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,