物理：第5節(jié)《廣義相對(duì)論》課件（教科版選修3-4）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第5節(jié)廣義相對(duì)論點(diǎn)滴 選學(xué) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 初步了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)主要觀點(diǎn)以及主要觀測(cè)證據(jù) 2 關(guān)注宇宙研究的新進(jìn)展 體會(huì)人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)在不斷擴(kuò)展 重點(diǎn)難點(diǎn) 廣義相對(duì)論的原理和等效原理 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 第5節(jié) 課前自主學(xué)案 一 廣義相對(duì)性原理和等效原理1 廣義相對(duì)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(gè)不受引力作用的加速系統(tǒng)跟一個(gè)受動(dòng)力作用的慣性系統(tǒng)是 的 一樣 等效 二 支持廣義相對(duì)論的觀測(cè)結(jié)果1 光在引力場(chǎng)中傳播時(shí) 將會(huì)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(chǎng)中時(shí)間會(huì) 引力越強(qiáng)時(shí)鐘就走的越慢 4 當(dāng)天體相互繞轉(zhuǎn)時(shí) 會(huì)向外界輻射出 偏折 頻移 延緩 引力波 核心要點(diǎn)突破 一 了解廣義相對(duì)論1 廣義相對(duì)論的基本原理 1 廣義相對(duì)性原理 愛因斯坦把狹義相對(duì)性原理從勻速和靜止參考系推廣到做加速運(yùn)動(dòng)的參考系 認(rèn)為所有的參考系都是平權(quán)的 不論它們是慣性系還是非慣性系 對(duì)于描述物理現(xiàn)象來(lái)說(shuō)都是平等的 2 等效原理 在物理學(xué)上 一個(gè)均勻的引力場(chǎng)等效于一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系 2 廣義相對(duì)論的時(shí)空結(jié)構(gòu) 1 引力的存在對(duì)時(shí)間的影響 在引力場(chǎng)中 時(shí)鐘變慢 引力場(chǎng)越強(qiáng) 時(shí)鐘變得越慢 2 引力的存在對(duì)空間的影響 引力的存在會(huì)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(qiáng)的地方 這種效應(yīng)越明顯 3 廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 1 水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)天文觀測(cè)顯示 行星的軌道并不是嚴(yán)格閉合的 它們的近日點(diǎn) 或遠(yuǎn)日點(diǎn) 有進(jìn)動(dòng) 這個(gè)效應(yīng)以離太陽(yáng)最近的水星最為顯著 牛頓對(duì)此作出的解釋與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果不相符 而廣義相對(duì)論成功地解釋了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng) 2 光線在引力場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)根據(jù)電磁理論和經(jīng)典光學(xué) 在無(wú)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(duì)論 在引力場(chǎng)存在的情況下 光線是沿彎曲的路徑傳播的 引力場(chǎng)越強(qiáng) 彎曲越厲害 3 引力紅移在強(qiáng)引力的星球附近 時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢 因此光振動(dòng)會(huì)變慢 相應(yīng)的光的波長(zhǎng)變長(zhǎng) 頻率變小 光譜線會(huì)發(fā)生向紅光一端移動(dòng)的現(xiàn)象 光譜線的這種移動(dòng)是在引力作用下發(fā)生的 所以叫 引力紅移 這一預(yù)言也已經(jīng)在對(duì)白矮星 天狼星伴星 的觀測(cè)中所證實(shí) 4 雷達(dá)回波延遲光經(jīng)過(guò)大質(zhì)量物體附近時(shí)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(dá)信號(hào) 經(jīng)太陽(yáng)附近到達(dá)某一星球后再反射回地球 傳播時(shí)間會(huì)有所延遲 20世紀(jì)60年代 人們通過(guò)大量實(shí)驗(yàn) 證實(shí)了延遲現(xiàn)象 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 下列說(shuō)法中 正確的是 A 由于太陽(yáng)引力場(chǎng)的影響 我們有可能看到太陽(yáng)后面的恒星B 強(qiáng)引力作用可使光譜線向紅端偏移C 引力場(chǎng)越強(qiáng)的位置 時(shí)間進(jìn)程越慢D 由于物質(zhì)的存在 實(shí)際的空間是彎曲的解析 選ABCD 由廣義相對(duì)論我們知道 物質(zhì)的引力使光線彎曲 因此選項(xiàng)A D是正確的 在引力場(chǎng)中時(shí)間進(jìn)程變慢 而且引力越強(qiáng) 時(shí)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(xiàng)B C正確 二 宇宙的起源和構(gòu)成1 大爆炸宇宙模型的主要觀點(diǎn) 1 關(guān)于宇宙的起源 宇宙起源于一個(gè)奇點(diǎn) 奇點(diǎn)溫度無(wú)窮高 密度無(wú)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(guān)于宇宙的演化 決定宇宙幾何性質(zhì)的兩個(gè)因素 膨脹率和密度決定了宇宙的命運(yùn) 2 宇宙在未來(lái)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(gè)極大值后便收縮 直至收縮成一個(gè)新的奇點(diǎn)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(zhuǎn)動(dòng) 行星繞著恒星轉(zhuǎn)動(dòng) 眾多的恒星組成的集團(tuán)叫星系 如銀河系 眾多的星系則構(gòu)成宇宙的主體 4 恒星的演化恒星將要消亡時(shí)會(huì)突然爆發(fā) 亮度在2 3天內(nèi)突然增加幾萬(wàn)倍甚至幾百萬(wàn)倍形成新星 或者亮度增加幾千萬(wàn)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(gè)具有巨大引力的空間區(qū)域 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 對(duì)大爆炸理論提供支持的事實(shí)是 A 水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)B 光線在引力場(chǎng)中的彎曲C 哈勃發(fā)現(xiàn) 遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的光譜與地球上同種物質(zhì)的光譜相比 波長(zhǎng)變長(zhǎng)D 長(zhǎng)度縮短效應(yīng)解析 選C 大爆炸理論的主要觀點(diǎn)是宇宙起源于一個(gè) 奇點(diǎn) 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(yīng) 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(gè)方向看 遠(yuǎn)處的星系正急速遠(yuǎn)離我們而去 所以C正確 課堂互動(dòng)講練 如圖6 5 1所示 在一個(gè)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大轉(zhuǎn)盤上 放著A B C三個(gè)時(shí)鐘 下列說(shuō)法正確的是 圖6 5 1 A A時(shí)鐘走時(shí)最慢 B時(shí)鐘走時(shí)最快B A時(shí)鐘走時(shí)最慢 C時(shí)鐘走時(shí)最快C C時(shí)鐘走時(shí)最慢 A時(shí)鐘走時(shí)最快D B時(shí)鐘走時(shí)最慢 A時(shí)鐘走時(shí)最快 精講精析 根據(jù)廣義相對(duì)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(chǎng)中 時(shí)鐘變慢 引力場(chǎng)越強(qiáng) 時(shí)鐘變慢越甚 轉(zhuǎn)盤上的觀察者認(rèn)為 圓盤是靜止的 在圓盤上存在著一個(gè)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(qiáng) 鐘走時(shí)越慢 所以C選項(xiàng)正確 故選C 答案 C 方法總結(jié) 分析非慣性系中物理問(wèn)題時(shí) 采用等效思想 結(jié)合時(shí)空結(jié)構(gòu)解題簡(jiǎn)捷 如本題中慣性力等效于引力 利用引力對(duì)時(shí)間的影響 方便比較 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全