第5章5.4 走近廣義相對(duì)論5.5 無(wú)窮的宇宙學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理.2.初步了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論及主要觀測(cè)證據(jù).3.了解宇宙的演化.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)梳理 重點(diǎn)知識(shí)探究 當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)自主預(yù)習(xí)梳理1.廣義相對(duì)論的兩條基本原理(1)廣義相對(duì)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(gè)均勻引力場(chǎng)與一個(gè)做_運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià).2.廣義相對(duì)論的預(yù)言與證實(shí)天體間的引力作用使_彎曲，引力場(chǎng)存在時(shí)，_彎曲、光在傳播時(shí)頻率_(引力紅移)，這些結(jié)論通過(guò)宇宙中觀測(cè)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(yáng)光譜中的鈉譜線的引力紅移等)得到證實(shí).過(guò)程和規(guī)律加速時(shí)空光線變低海市蜃樓3.無(wú)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(shuō).該理論認(rèn)為，宇宙從最初的溫度_、密度_、體積_開(kāi)始，隨著爆炸的發(fā)生，不斷地向各個(gè)方向迅速_.宇宙演化的過(guò)程是：從粒子到恒星到_.黑洞伽莫夫宇宙大爆炸極高極大極小膨脹重點(diǎn)知識(shí)探究一、廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究乘電梯時(shí)，當(dāng)電梯開(kāi)始啟動(dòng)上升時(shí)，你有什么感受？如果電梯一直加速上升，你又會(huì)有什么感受？答案答案答案電梯啟動(dòng)實(shí)際上是一個(gè)加速過(guò)程，正是這個(gè)加速度使你感到被向下壓，產(chǎn)生沉重的感覺(jué)，即出現(xiàn)超重.也就是說(shuō)，在電梯加速上升時(shí)，好像地球?qū)δ愕囊υ黾恿耍虼?，我們完全可以認(rèn)為，電梯這個(gè)加速參考系就相當(dāng)于給你加上了一個(gè)均勻向下的引力.廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理1.廣義相對(duì)性原理：在任何參考系中(包括慣性參考系)，物理過(guò)程和規(guī)律都是相同的.2.等效原理：一個(gè)均勻引力場(chǎng)與一個(gè)做加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià).知識(shí)深化知識(shí)深化例例1 假如宇宙飛船是全封閉的，航天員與外界沒(méi)有任何聯(lián)系.但是航天員觀察到，飛船內(nèi)沒(méi)有支撐的物體都以某一加速度落向艙底.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？答案答案不能解析答案解析解析飛船內(nèi)沒(méi)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(gè)星球的引力場(chǎng)中.實(shí)際上飛船內(nèi)部的任何物理過(guò)程都不能告訴我們飛船到底是加速運(yùn)動(dòng)還是停泊在某個(gè)行星的表面.二、廣義相對(duì)論的預(yù)言與證實(shí)導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究你知道廣義相對(duì)論的一些有趣的結(jié)論嗎？答案答案答案時(shí)空彎曲、光線彎曲、引力紅移廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論1.時(shí)空彎曲：廣義相對(duì)論認(rèn)為，時(shí)空不是平直的，而是彎曲或“扭曲”的，扭曲的根本原因在于時(shí)空中物質(zhì)的質(zhì)量或能量的分布.如果質(zhì)量越大，時(shí)空彎曲的程度也就越大.2.光線彎曲：在引力場(chǎng)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(chǎng)中，時(shí)鐘要走得慢些.因此，光在引力場(chǎng)中傳播時(shí)，它的頻率會(huì)變低，波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng).知識(shí)深化知識(shí)深化例例2 在日全食的時(shí)候，通過(guò)儀器可以觀察到太陽(yáng)后面的恒星，這說(shuō)明恒星發(fā)出的光A.經(jīng)太陽(yáng)時(shí)發(fā)生了衍射B.可以穿透太陽(yáng)及其他障礙物C.在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲D.經(jīng)過(guò)太陽(yáng)外的大氣層時(shí)發(fā)生了折射解析答案解析解析根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論可知，光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)作用下發(fā)生了彎曲，所以可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候(如日全食時(shí))通過(guò)儀器觀察到太陽(yáng)后面的恒星，故C正確.導(dǎo)學(xué)探究導(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？答案答案答案比較有影響的理論是宇宙大爆炸學(xué)說(shuō)，即我們的宇宙是從一個(gè)尺度極小的狀態(tài)發(fā)展演化出來(lái)的.1929年美國(guó)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(kāi)的速度越大，后來(lái)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(lái)，其他星系都在遠(yuǎn)離自己.三、無(wú)窮的宇宙1.宇宙的起源宇宙的起源(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(shuō).(2)宇宙大爆炸的證據(jù)：宇宙空間存在當(dāng)時(shí)產(chǎn)生的微波輻射.2.宇宙的演化宇宙的演化(1)天文學(xué)家哈勃用望遠(yuǎn)鏡對(duì)遠(yuǎn)距離星云觀測(cè)時(shí)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(shuō)明星系系統(tǒng)處于一種膨脹狀態(tài).(2)在宇宙演化過(guò)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(chǎng)對(duì)周?chē)镔|(zhì)產(chǎn)生的效應(yīng).知識(shí)深化知識(shí)深化例例3 觀察遙遠(yuǎn)的恒星發(fā)出的光譜會(huì)出現(xiàn)“引力紅移”說(shuō)明什么？答案答案答案根據(jù)多普勒效應(yīng)，如果恒星向著我們運(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)變長(zhǎng)，即向紅色的一端移動(dòng)，這說(shuō)明：不管往哪個(gè)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)課堂要點(diǎn)小結(jié)當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.宇宙的大爆炸學(xué)說(shuō)是俄裔美國(guó)物理學(xué)家_提出的.答案伽莫夫2.黑洞是_演化的結(jié)果.恒星12343.(多選)廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理是指A.光速不變?cè)鞡.廣義相對(duì)性原理C.等效原理D.同時(shí)的相對(duì)性解析答案解析解析根據(jù)廣義相對(duì)論基本原理內(nèi)容.12344.(多選)下列說(shuō)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(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢D.廣義相對(duì)論可以解釋引力紅移現(xiàn)象解析答案解析解析由廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論可知A、C、D正確.1234