2018-2019学年沪科版选修3-4 5.4-5.5 走近广义相对论 无穷的宇宙 学案
2018-2019学年沪科版选修3-4 5.4-5.5 走近广义相对论 无穷的宇宙 学案第2页

例1 假如宇宙飞船是全封闭的,航天员与外界没有任何联系.但是航天员观察到,飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底.根据这一现象航天员能判断飞船处于某一星球表面吗?

答案 不能

解析 飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任意天体的空间加速飞行,也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中.实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在某个行星的表面.

二、广义相对论的预言与证实

[导学探究] 你知道广义相对论的一些有趣的结论吗?

答案 时空弯曲、光线弯曲、引力红移

[知识深化] 广义相对论的几个结论

1.时空弯曲:广义相对论认为,时空不是平直的,而是弯曲或"扭曲"的,扭曲的根本原因在于时空中物质的质量或能量的分布.如果质量越大,时空弯曲的程度也就越大.

2.光线弯曲:在引力场存在的情况下,光线是沿弯曲的路径传播的.

3.引力红移:在强引力场中,时钟要走得慢些.因此,光在引力场中传播时,它的频率会变低,波长会变长.

例2 在日全食的时候,通过仪器可以观察到太阳后面的恒星,这说明恒星发出的光(  )

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

答案 C

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.

三、无穷的宇宙

[导学探究] 关于宇宙起源,目前比较有影响的理论是什么?

答案 比较有影响的理论是宇宙大爆炸学说,即我们的宇宙是从一个尺度极小的状态发展演化出来的.1929年美国天文学家哈勃发现银河系以外的大多数星系都在远离我们而去,距离越远,离开的速度越大,后来的分析表明,这是由于我们所处的宇宙正在膨胀,因此星系间距离在不断增大,在任何地方看起来,其他星系都在远离自己.

[知识深化]

1.宇宙的起源