人教版 (新课标)选修34 广义相对论简介学案

15．4 广义相对论简介 学案

学习目标

1、了解广义相对论基本原理——广义相对性原理和等效原理

2、广义相对论主要结论——物质的引力使光线弯曲和强引力场附近的时间进程会变慢

3、介绍广义相对论的实验验证

重点难点：广义相对论的主要结论的论证

知识梳理

一、超越狭义相对论的思考

    爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：

1、引力问题，万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳人狭义相对论的理论框架；

2、非惯性系问题，狭义相对论只适用于惯性系。它们是促成广义相对论的前提。

二、广义相对性原理和等效原理

    把相对性原理从“任何惯性系平权”推广到“包括非惯性系在内的任意参考系(即包括惯性系和非惯性系)平权”。

三、广义相对论几个结论以及相关实验验证

    ①光线经过强引力场中发生弯曲。1919年5月29日，发生日全食期间，科学家成功地观测到了太阳背后恒星发出的光线经过太阳附近发生弯曲的现象，并拍得了太阳背后恒星的照片。从而确认广义相对论的结论是正确的。

②引力红移。我们观察到引力场空间弯曲的同时也将观测到引力场时钟变慢。

③水星轨道近日点的进动

四、关于的宇宙大爆炸理论

按照广义相对论，宇宙就是无所不包的最大的时空，而且它的弯曲情况和物质的分布应该符合爱因斯坦方程

基础检测

1、     广义相对论是如何诞生的？

答：（1）引力问题，万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳人狭义相对论的理论框架；

（2）非惯性系问题，狭义相对论只适用于惯性系。它们是促成广义相对论的前提。

2、哪些领域验证了广义相对论的正确性？

答：（1）1919年5月29日，发生日全食期间，科学家成功地观测到了太阳背后恒星发出的光线经过太阳附近发生弯曲的现象，并拍得了太阳背后恒星的照片。从而确认广义相对论的结论是正确的。这是广义相对论创立以来最早得到科学界认同的最重大的成果。到目前为止科学家对400多颗恒星作了测量，射电天文学的发展使人类不用等日全食发生也能在地球上进行精度很高的观测，且与理论值符合。

（2）由于场能空间分布的不均匀性，当水星运动到靠近太阳附近(近日点)时，场能影响较为显 著，这种影响使得水星运行的椭圆轨道非常缓慢地绕太阳旋转，这就是“水星近日点进动”现象。爱因斯坦用广义相对论计算近日点的进动速率与实际观测结果取得了很好的一致。行星轨道旋转之谜的成功破译，是广义相对论再一次取得的伟大胜利。

3、阅读相关资料或上网查询关于宇宙大爆炸理论。