2018-2019版高中物理 第5章 新時空觀的確立 5.4 走近廣義相對論 5.5 無窮的宇宙課件 滬科版選修3-4.ppt

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1、5.4走近廣義相對論 5.5無窮的宇宙,第5章新時空觀的確立,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,,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測 檢測評價 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),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(yùn)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_

2、____(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(rèn)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____.,伽莫夫,宇宙,大爆炸,極高,極大,極小,膨脹,黑洞,重點(diǎn)探究,一、廣義相對論的兩個基本原理,導(dǎo)學(xué)探究 乘電梯時，當(dāng)電梯

3、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?，因此，我們完全可以認(rèn)為，電梯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.,答案,知識深化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(yùn)動的參考系等價.,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.

4、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(yuǎn)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)部的任何物理過程都不能告訴我們飛船到底是加速運(yùn)動還是停泊在某個行星的表面.,解析,導(dǎo)學(xué)探究 你知道廣義相對論的一些有趣的結(jié)論嗎？,答案時空彎曲、光線彎曲、引力紅移,二、廣義相對論的預(yù)言與證實,答案,知識深化廣義相對論的幾個結(jié)論 1.時空彎曲：廣義相對論認(rèn)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

5、.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(qiáng)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.,例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.,解析,,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

6、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(yuǎn)離我們而去，距離越遠(yuǎn)，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，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(yuǎn)離自己.,三、無窮的宇宙,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,知識深化 1.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 (1)天文學(xué)家哈勃用望遠(yuǎn)鏡對遠(yuǎn)距離星云觀測時發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)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(yuǎn)去，也說明星系系統(tǒng)處于

7、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).,例3觀察遙遠(yuǎn)的恒星發(fā)出的光譜會出現(xiàn)“引力紅移”說明什么？,答案,答案根據(jù)多普勒效應(yīng)，如果恒星向著我們運(yùn)動，光的顏色偏藍(lán)；如果恒星離我們而去，光的顏色偏紅.遙遠(yuǎn)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(yuǎn)處的星系正急速地遠(yuǎn)離我們而去.,,課堂要點(diǎn)小結(jié),1.走近廣義相對論,兩個基本原理,,廣義相對論的幾個結(jié)論,廣義相對性原理 等效原理,,時空彎曲 光線彎曲 引力紅移,

8、,2.無窮的宇宙,宇宙的起源,,宇宙的演化,大爆炸學(xué)說 大爆炸的證據(jù)：微波輻射,,膨脹狀態(tài) 黑洞是恒星演化的結(jié)果,,達(dá)標(biāo)檢測,1,2,3,4,1.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.,1,2,3,4,答案,恒星,1,2,3,4,3.(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,,答案,解析,,解析根據(jù)廣義相對論基本原理內(nèi)容.,1,2,3,4,4.(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(qiáng)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,,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.,