物理 第5章 新時空觀的確立 5.4 走近廣義相對論 5.5 無窮的宇宙同步備課 滬科版選修3-4

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1、第5章5.4 走近廣義相對論5.5 無窮的宇宙學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解廣義相對論的兩個基本原理.2.初步了解廣義相對論的幾個結(jié)論及主要觀測證據(jù).3.了解宇宙的演化.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)梳理 重點知識探究 當(dāng)堂達標(biāo)檢測自主預(yù)習(xí)梳理1.廣義相對論的兩條基本原理(1)廣義相對性原理：在任何參考系中(包括慣性參考系)，物理_都是相同的.(2)等效原理：一個均勻引力場與一個做_運動的參考系等價.2.廣義相對論的預(yù)言與證實天體間的引力作用使_彎曲，引力場存在時，_彎曲、光在傳播時頻率_(引力紅移)，這些結(jié)論通過宇宙中觀測到的一些現(xiàn)象(比如：行星軌道不是嚴(yán)格封閉的，宇宙中的“_”、太陽光譜中的鈉譜線的引力紅移等)得到證

2、實.過程和規(guī)律加速時空光線變低海市蜃樓3.無窮的宇宙關(guān)于宇宙的起源，目前比較有影響的理論是物理學(xué)家_的_學(xué)說.該理論認為，宇宙從最初的溫度_、密度_、體積_開始，隨著爆炸的發(fā)生，不斷地向各個方向迅速_.宇宙演化的過程是：從粒子到恒星到_.黑洞伽莫夫宇宙大爆炸極高極大極小膨脹重點知識探究一、廣義相對論的兩個基本原理導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究乘電梯時，當(dāng)電梯開始啟動上升時，你有什么感受？如果電梯一直加速上升，你又會有什么感受？答案答案答案電梯啟動實際上是一個加速過程，正是這個加速度使你感到被向下壓，產(chǎn)生沉重的感覺，即出現(xiàn)超重.也就是說，在電梯加速上升時，好像地球?qū)δ愕囊υ黾恿耍虼?，我們完全可以認為，電梯

3、這個加速參考系就相當(dāng)于給你加上了一個均勻向下的引力.廣義相對論的兩個基本原理廣義相對論的兩個基本原理1.廣義相對性原理：在任何參考系中(包括慣性參考系)，物理過程和規(guī)律都是相同的.2.等效原理：一個均勻引力場與一個做加速運動的參考系等價.知識深化知識深化例例1 假如宇宙飛船是全封閉的，航天員與外界沒有任何聯(lián)系.但是航天員觀察到，飛船內(nèi)沒有支撐的物體都以某一加速度落向艙底.根據(jù)這一現(xiàn)象航天員能判斷飛船處于某一星球表面嗎？答案答案不能解析答案解析解析飛船內(nèi)沒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離任意天體的空間加速飛行，也可能是由于飛船處于某個星球的引力場中.實際上飛船內(nèi)部的任

4、何物理過程都不能告訴我們飛船到底是加速運動還是停泊在某個行星的表面.二、廣義相對論的預(yù)言與證實導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究你知道廣義相對論的一些有趣的結(jié)論嗎？答案答案答案時空彎曲、光線彎曲、引力紅移廣義相對論的幾個結(jié)論廣義相對論的幾個結(jié)論1.時空彎曲：廣義相對論認為，時空不是平直的，而是彎曲或“扭曲”的，扭曲的根本原因在于時空中物質(zhì)的質(zhì)量或能量的分布.如果質(zhì)量越大，時空彎曲的程度也就越大.2.光線彎曲：在引力場存在的情況下，光線是沿彎曲的路徑傳播的.3.引力紅移：在強引力場中，時鐘要走得慢些.因此，光在引力場中傳播時，它的頻率會變低，波長會變長.知識深化知識深化例例2 在日全食的時候，通過儀器可以觀察到太

5、陽后面的恒星，這說明恒星發(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)生了折射解析答案解析解析根據(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.導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究關(guān)于宇宙起源，目前比較有影響的理論是什么？答案答案答案比較有影響的理論是宇宙大爆炸學(xué)說，即我們的宇宙是從一個尺度極小的狀態(tài)發(fā)展演化出來的.1929年美國天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)銀河系以外的大多數(shù)星系都在遠離我們而去，距離越遠，離開的速度越大，后來的分析表明，這是由于我們所處的宇宙正在膨脹，

6、因此星系間距離在不斷增大，在任何地方看起來，其他星系都在遠離自己.三、無窮的宇宙1.宇宙的起源宇宙的起源(1)關(guān)于宇宙起源，目前最有影響的理論是宇宙的大爆炸學(xué)說.(2)宇宙大爆炸的證據(jù)：宇宙空間存在當(dāng)時產(chǎn)生的微波輻射.2.宇宙的演化宇宙的演化(1)天文學(xué)家哈勃用望遠鏡對遠距離星云觀測時發(fā)現(xiàn)遙遠的恒星發(fā)出的光譜線普遍存在“紅移”現(xiàn)象.這一現(xiàn)象表明：那些恒星正離我們遠去，也說明星系系統(tǒng)處于一種膨脹狀態(tài).(2)在宇宙演化過程中，黑洞是恒星演化的結(jié)果.(3)黑洞本身不能發(fā)出光線，所以不可能直接顯示它的存在.但是，可以觀察到它巨大的引力場對周圍物質(zhì)產(chǎn)生的效應(yīng).知識深化知識深化例例3 觀察遙遠的恒星發(fā)出的

7、光譜會出現(xiàn)“引力紅移”說明什么？答案答案答案根據(jù)多普勒效應(yīng)，如果恒星向著我們運動，光的顏色偏藍；如果恒星離我們而去，光的顏色偏紅.遙遠的恒星發(fā)出的光譜與地球上同種物質(zhì)的光譜相比，其波長變長，即向紅色的一端移動，這說明：不管往哪個方向看，遠處的星系正急速地遠離我們而去.課堂要點小結(jié)課堂要點小結(jié)當(dāng)堂達標(biāo)檢測1.宇宙的大爆炸學(xué)說是俄裔美國物理學(xué)家_提出的.答案伽莫夫2.黑洞是_演化的結(jié)果.恒星12343.(多選)廣義相對論的兩個基本原理是指A.光速不變原理B.廣義相對性原理C.等效原理D.同時的相對性解析答案解析解析根據(jù)廣義相對論基本原理內(nèi)容.12344.(多選)下列說法中正確的是A.物質(zhì)的引力使光線彎曲B.光線彎曲的原因是由于介質(zhì)不均勻而非引力作用C.在強引力的星球附近，時間進程會變慢D.廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象解析答案解析解析由廣義相對論的幾個結(jié)論可知A、C、D正確.1234