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高中物理 選修3 4 魯科版 第2講廣義相對論初步探索宇宙 目標(biāo)定位 1 了解廣義相對論的基本原理 2 初步了解廣義相對論的幾個(gè)主要觀點(diǎn)以及主要觀測證據(jù) 3 了解宇宙起源與宇宙內(nèi)部構(gòu)成 一 廣義相對論初步1 廣義相對論的基本原理 1 廣義相對性原理 在參考系 包括非慣性系 中物理規(guī)律都是相同的 2 等效原理 參考系中的慣性力場與均勻引力場不可區(qū)分 任何 勻加速 2 廣義相對論的時(shí)空結(jié)構(gòu) 1 引力的存在對時(shí)間的影響 在引力場中 時(shí)鐘變 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 在與引力垂直的方向上 空間間隔變 發(fā)生了彎曲 慢 不變 短 3 廣義相對論的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 1 水星近日點(diǎn)的進(jìn)動愛因斯坦用廣義相對論引力場方程 經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算 得出水星近日點(diǎn)的進(jìn)動還應(yīng)有每百年43 03 的附加值 這是時(shí)空彎曲對平方反比律的修正引起的 2 光線在引力場中發(fā)生 彎曲 3 引力紅移現(xiàn)象引力場的存在使原子在太陽表面附近發(fā)出光比同類原子在地球表面附近發(fā)出光 波長 頻率 顏色偏 4 雷達(dá)回波延遲 從地球上發(fā)出的雷達(dá)信號 經(jīng)太陽附近到達(dá)某一星球后再反射回地球 傳播時(shí)間會有所 長 低 紅 延遲 二 探索宇宙1 宇宙的起源宇宙起源于一個(gè) 奇點(diǎn) 在該奇點(diǎn) 溫度為 物質(zhì)密度為 空間急劇 即發(fā)生宇宙大爆炸之后 宇宙不斷 溫度不斷 大約經(jīng)歷了150億年 形成了我們今天的宇宙 無窮大 無窮大 膨脹 膨脹 降低 2 宇宙里有什么宇宙中有眾多由恒星組成的星系 天穹上大多數(shù)光點(diǎn)是銀河系中的 太陽是銀河系中的一顆 在太陽系中除了八大外還有幾十顆 眾多小行星 難以計(jì)數(shù)的彗星和流星體等 恒星 恒星 行星 衛(wèi)星 對廣義相對論的理解1 廣義相對性原理與狹義相對性原理并不相同 狹義相對性原理僅適用于慣性系 而廣義相對性原理適用于一切參考系 2 光線在引力場中彎曲 以及引力紅移現(xiàn)象都是在引力場很強(qiáng)的情況下產(chǎn)生的效應(yīng) 3 光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播的現(xiàn)象 在我們的日常生活中仍然成立 例1 下列說法中正確的是 A 在任何參考系中 物理規(guī)律都是相同的 這就是廣義相對性原理B 在不同的參考系中 物理規(guī)律都是不同的 例如牛頓定律僅適用于慣性參考系C 一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻速運(yùn)動的參考系等價(jià) 這就是著名的等效原理D 一個(gè)均勻的引力場與一個(gè)做勻加速運(yùn)動的參考系等價(jià) 這就是著名的等效原理 解析根據(jù)廣義相對論基本原理可知 選項(xiàng)A D正確 答案AD 例2 下列說法中正確的是 A 物質(zhì)的引力使光線彎曲B 光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用C 在強(qiáng)引力的星球附近 時(shí)間進(jìn)程會變慢D 廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象 解析從廣義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)可以得出 物質(zhì)的引力使光線彎曲 引力場的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別 如在矮星表面的引力很強(qiáng) 那里的時(shí)間進(jìn)程變慢 從而導(dǎo)致引力紅移 所以正確的選項(xiàng)為A C D 答案ACD