2018-2019学年高中物理 第6章 相对论与天体物理 第2讲 广义相对论初步 探索宇宙学案 鲁科版选修3-4

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1、第2讲　广义相对论初步　探索宇宙[目标定位]　1.了解广义相对论的基本原理.2.初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测证据.3.了解宇宙起源与宇宙内部构成．一、广义相对论初步1．广义相对论的基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系(包括非惯性系)中物理规律都是相同的．(2)等效原理：匀加速参考系中的惯性力场与均匀引力场不可区分．2．广义相对论的时空结构(1)引力的存在对时间的影响：在引力场中，时钟变慢．(2)引力的存在对空间的影响：引力的存在会使空间变形，在引力方向上，空间间隔不变．在与引力垂直的方向上，空间间隔变短，发生了弯曲．3．广义

2、相对论的实验检验(1)水星近日点的进动爱因斯坦用广义相对论引力场方程，经过复杂的数学运算，得出水星近日点的进动还应有每百年43.03″的附加值，这是时空弯曲对平方反比律的修正引起的．(2)光线在引力场中发生弯曲．(3)引力红移现象引力场的存在使原子在太阳表面附近发出的光比同类原子在地球表面附近发出的光，波长长、频率偏低、颜色偏红．(4)雷达回波延迟：从地球上发出的雷达信号．经太阳附近到达某一星球后再反射回地球，传播时间会有所延迟．二、探索宇宙1．宇宙的起源宇宙起源于一个“奇点”，在该奇点，温度为无穷大，物质密度为无穷大，空间急剧膨胀，即发生宇宙大

3、爆炸之后，宇宙不断膨胀，温度不断降低，大约经历了150亿年，形成了我们今天的宇宙．2．宇宙里有什么宇宙中有众多由恒星组成的星系，天穹上大多数光点是银河系中的恒星，太阳是银河系中的一颗恒星．在太阳系中除了八大行星外还有几十颗卫星、众多小行星、难以计数的彗星和流星体等.对广义相对论的理解1．广义相对性原理与狭义相对性原理并不相同．狭义相对性原理仅适用于惯性系，而广义相对性原理适用于一切参考系．2．光线在引力场中弯曲，以及引力红移现象都是在引力场很强的情况下产生的效应．3．光在同一种均匀介质中沿直线传播的现象，在我们的日常生活中仍然成立．例1　下列说法

4、中正确的是(　　)A．在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理B．在不同的参考系中，物理规律都是不同的，例如牛顿定律仅适用于惯性参考系C．一个均匀的引力场与一个做匀速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理D．一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是著名的等效原理解析　根据广义相对论基本原理可知，选项A、D正确．答案　AD例2　下列说法中正确的是(　　)A．物质的引力使光线弯曲B．光线弯曲的原因是介质不均匀而非引力作用C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢D．广义相对论可以解释引力红移现象解析　从广义相对论的两个基本假

5、设可以得出：物质的引力使光线弯曲；引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别，如在矮星表面的引力很强，那里的时间进程变慢，从而导致引力红移，所以正确的选项为A、C、D.答案　ACD　　　对广义相对论的理解1．广义相对论的两条基本原理分别如下，广义相对性原理：____________________________；等效原理：______________________________.答案　在任何参考系中，物理规律都是相同的　一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价2．在日全食的时候，通过仪器可以观察到太阳后面的恒星，这说明星体发出的光

6、(　　)A．经太阳时发生了衍射B．可以穿透太阳及其他障碍物C．在太阳引力场作用下发生了弯曲D．经过太阳外的大气层时发生了折射解析　根据爱因斯坦的广义相对论可知，光线在太阳引力场作用下发生了弯曲，所以可以在适当的时候(如日全食时)通过仪器观察到太阳后面的恒星，故C正确．答案　C3．下列说法中正确的是(　　)A．万有引力可以用狭义相对论作出正确的解释B．电磁力可以用狭义相对论作出正确的解释C．狭义相对论是惯性参考系之间的理论D．万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架答案　BCD4．关于广义相对论和狭义相对论之间的关系．下列说法正确的是(　　)A．它们之

7、间没有任何联系B．有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了C．狭义相对论能够解决时空弯曲问题D．为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论解析　狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是只能对于惯性参考系来讲的，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决．答案　D5．下列说法中，正确的是(　　)A．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星B．强引力作用可使光谱线向红端偏移C．引力场越强的位置，时间进程越快D．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的解析　由广义相对论可知：物质的引力使光线弯曲，因此选项A、D是正确的；在引力场

8、中时间进程变慢，而且引力越强，时间进程越慢，因此我们能观察到引力红移现象，所以选项B正确，C错误．答案　ABD6．若宇宙飞船是全封闭的，