物理：第5節(jié)《廣義相對論》課件（教科版選修3-4）

《物理：第5節(jié)《廣義相對論》課件（教科版選修3-4）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《物理：第5節(jié)《廣義相對論》課件（教科版選修3-4）（20頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進入物理課堂 第5節(jié)廣義相對論點滴 選學 學習目標 1 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) 2 關注宇宙研究的新進展 體會人類對自然的認識在不斷擴展 重點難點 廣義相對論的原理和等效原理 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 課前自主學案 課標定位 第5節(jié) 課前自主學案 一 廣義相對性原理和等效原理1 廣義相對性原理 在任何參考系 包括非慣性系 中物理規(guī)律都是 的 2 等效原理 一個不受引力作用的加速系統(tǒng)跟一個受動力作用的慣性系統(tǒng)是 的 一樣 等效 二 支持廣義相對論的觀測結果1 光在引力場中傳播時 將會發(fā)生 而不再是直線傳播 2 在引力利用下光波發(fā)生 3 在引力場中時間會 引力越強時鐘就走的越慢 4 當天體相互繞轉時 會向外界輻射出 偏折 頻移 延緩 引力波 核心要點突破 一 了解廣義相對論1 廣義相對論的基本原理 1 廣義相對性原理 愛因斯坦把狹義相對性原理從勻速和靜止參考系推廣到做加速運動的參考系 認為所有的參考系都是平權的 不論它們是慣性系還是非慣性系 對于描述物理現(xiàn)象來說都是平等的 2 等效原理 在物理學上 一個均勻的引力場等效于一個做勻加速運動的參考系 2 廣義相對論的時空結構 1 引力的存在對時間的影響 在引力場中 時鐘變慢 引力場越強 時鐘變得越慢 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 空間間隔不變 在與引力垂直的方向上 空間間隔變短 直尺變短 發(fā)生了彎曲 引力越強的地方 這種效應越明顯 3 廣義相對論的實驗檢驗 1 水星近日點的進動天文觀測顯示 行星的軌道并不是嚴格閉合的 它們的近日點 或遠日點 有進動 這個效應以離太陽最近的水星最為顯著 牛頓對此作出的解釋與實際觀測結果不相符 而廣義相對論成功地解釋了水星近日點的進動 2 光線在引力場中偏轉根據(jù)電磁理論和經(jīng)典光學 在無障礙的情況下 光線是直線傳播的 但按照愛因斯坦的廣義相對論 在引力場存在的情況下 光線是沿彎曲的路徑傳播的 引力場越強 彎曲越厲害 3 引力紅移在強引力的星球附近 時間進程會變慢 因此光振動會變慢 相應的光的波長變長 頻率變小 光譜線會發(fā)生向紅光一端移動的現(xiàn)象 光譜線的這種移動是在引力作用下發(fā)生的 所以叫 引力紅移 這一預言也已經(jīng)在對白矮星 天狼星伴星 的觀測中所證實 4 雷達回波延遲光經(jīng)過大質(zhì)量物體附近時發(fā)生彎曲 可以看成光多走了一段路程 或等效為光速變慢 從地球上發(fā)出的雷達信號 經(jīng)太陽附近到達某一星球后再反射回地球 傳播時間會有所延遲 20世紀60年代 人們通過大量實驗 證實了延遲現(xiàn)象 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 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 時間進程越慢D 由于物質(zhì)的存在 實際的空間是彎曲的解析 選ABCD 由廣義相對論我們知道 物質(zhì)的引力使光線彎曲 因此選項A D是正確的 在引力場中時間進程變慢 而且引力越強 時間進程越慢 因此我們能觀察到引力紅移現(xiàn)象 所以選項B C正確 二 宇宙的起源和構成1 大爆炸宇宙模型的主要觀點 1 關于宇宙的起源 宇宙起源于一個奇點 奇點溫度無窮高 密度無窮大 宇宙發(fā)生大爆炸 空間急劇膨脹 溫度不斷降低 大約經(jīng)歷了150億年 形成了現(xiàn)在的宇宙 2 關于宇宙的演化 決定宇宙幾何性質(zhì)的兩個因素 膨脹率和密度決定了宇宙的命運 2 宇宙在未來的發(fā)展有兩種可能 1 如果宇宙的膨脹率很大 密度很小 那么宇宙可能不斷膨脹下去 稱為開宇宙 或平直宇宙 2 如果宇宙膨脹率很小或質(zhì)量密度很大 現(xiàn)在的宇宙膨脹到某個極大值后便收縮 直至收縮成一個新的奇點后再次發(fā)生大爆炸 稱為閉宇宙 封閉的宇宙 3 宇宙的組成衛(wèi)星繞著行星轉動 行星繞著恒星轉動 眾多的恒星組成的集團叫星系 如銀河系 眾多的星系則構成宇宙的主體 4 恒星的演化恒星將要消亡時會突然爆發(fā) 亮度在2 3天內(nèi)突然增加幾萬倍甚至幾百萬倍形成新星 或者亮度增加幾千萬倍或幾億倍形成超新星 爆發(fā)后的殘骸形成中子星或者黑洞 黑洞是一個具有巨大引力的空間區(qū)域 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 對大爆炸理論提供支持的事實是 A 水星近日點的進動B 光線在引力場中的彎曲C 哈勃發(fā)現(xiàn) 遙遠恒星發(fā)出的光譜與地球上同種物質(zhì)的光譜相比 波長變長D 長度縮短效應解析 選C 大爆炸理論的主要觀點是宇宙起源于一個 奇點 發(fā)生大爆炸后 宇宙不斷膨脹 溫度不斷降低 根據(jù)多普勒效應 如果恒星離我們而去 光的顏色偏紅 哈勃的發(fā)現(xiàn) 表明不管往哪個方向看 遠處的星系正急速遠離我們而去 所以C正確 課堂互動講練 如圖6 5 1所示 在一個高速轉動的巨大轉盤上 放著A B C三個時鐘 下列說法正確的是 圖6 5 1 A A時鐘走時最慢 B時鐘走時最快B A時鐘走時最慢 C時鐘走時最快C C時鐘走時最慢 A時鐘走時最快D B時鐘走時最慢 A時鐘走時最快 精講精析 根據(jù)廣義相對論的等效原理可知 加速參考系中出現(xiàn)的慣性力等效于引力 在引力場中 時鐘變慢 引力場越強 時鐘變慢越甚 轉盤上的觀察者認為 圓盤是靜止的 在圓盤上存在著一個引力 非慣性力 與向心力大小相等 方向相反 方向指向邊緣 越靠近邊緣 引力越強 鐘走時越慢 所以C選項正確 故選C 答案 C 方法總結 分析非慣性系中物理問題時 采用等效思想 結合時空結構解題簡捷 如本題中慣性力等效于引力 利用引力對時間的影響 方便比較 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全