Question

12．2016年2月11日，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）宣布探測到引力波，遠在13億光年的兩個黑洞相撞產(chǎn)生的“巨響”從此刻開始傳遍整個地球，什么是引力波呢？
    根據(jù)牛頓的理論，地球上的物體之所以受到重力，是因為地球?qū)ξ矬w的引力而產(chǎn)生，光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，后來人們觀測到遙遠的星光經(jīng)過太陽附近時會發(fā)生彎曲，愛因斯坦認為，要解決觀測與理論間的矛盾，只能假設(shè)太陽周圍的空間是彎曲的，這樣光線在其中通過時，其路徑也彎曲起來．于是他提出了廣義的相對論，用彎曲空間來討論萬有引力的作用：每個有質(zhì)量的物體周圍都會出現(xiàn)時空的“彎曲”，這種彎曲就像在一層橡膠膜上放一顆鐵球產(chǎn)生的凹陷一樣，這時放在膜上的物體就要順勢滑向鐵球．在現(xiàn)實中，太陽的質(zhì)量也在其周圍產(chǎn)生空間彎曲，行星在“彎曲”的空間里運動，看起來好像是繞著太陽轉(zhuǎn)圈一樣，想像一下在漏斗側(cè)壁上滾動的小球，只要它的速度合適，就不會落入漏斗中，同樣，包括地球在內(nèi)的行星都以恰到好處的速度繞太陽轉(zhuǎn)動，因此不會被太陽這個“引力漏斗”吸入，愛因斯坦認為，有質(zhì)量的物體會使它周圍的時空發(fā)生扭曲，物體的質(zhì)量越大，時空就扭曲得越厲害，并且還要不受阻礙的向周圍傳播，這就是引力波．
（1）兩個黑洞相撞發(fā)生的時間是13億年前；
（2）根據(jù)我們所學(xué)的知識，漏斗側(cè)壁上滾動小球運動狀態(tài)一直在改變，是因為它小球受到了非平衡力的作用．
（3）根據(jù)愛因斯坦的觀點，地球繞太陽運動是因為太陽在它周圍產(chǎn)生了空間彎曲，太陽在周圍傳播了引力波，且地球以恰到好處的速度在“彎曲”的空間里運動．

Answer 1

分析 （1）引力波是愛因斯坦在廣義相對論中預(yù)言的，即任何物體加速運動時給宇宙時空帶來的擾動，可以把它想象成水面上物體運動時產(chǎn)生的水波．
引力波在空間傳播的方式與電磁波類似，以光速傳播，根據(jù)速度公式求出兩個黑洞相撞發(fā)生的時間．
（2）根據(jù)力和運動的關(guān)系可知：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，有力作用在物體上，物體的運動狀態(tài)不一定改變，物體的運動狀態(tài)改變了，則一定有力作用在物體上；
（3）根據(jù)愛因斯坦提出了廣義的相對論，用彎曲空間來討論萬有引力的作用即可解釋地球繞太陽運動的原因．

解答 解：（1）2016年2月11日，美國激光干涉引力波天文臺宣布探測到了引力波，引力波在空間傳播的方式與電磁波類似，以光速傳播，
該引力波是由距離地球13億光年之外的兩個黑洞合并時產(chǎn)生的，兩個黑洞相撞發(fā)生的時間是13億年前．
（2）漏斗側(cè)壁上滾動小球運動狀態(tài)一直在改變，處于非平衡狀態(tài)，是因為它小球受到了非平衡力的作用．
（3）根據(jù)愛因斯坦的觀點，每個有質(zhì)量的物體周圍都會出現(xiàn)時空的“彎曲”，因此太陽的質(zhì)量也在其周圍產(chǎn)生空間彎曲，地球和其它行星在“彎曲”的空間里運動，
當(dāng)它們以恰到好處的速度繞太陽轉(zhuǎn)動，就不會被太陽這個“引力漏斗”吸入，看起來好像是繞著太陽轉(zhuǎn)圈一樣．
故答案為：（1）13億年前；
（2）小球受到了非平衡力的作用；
（3）太陽在它周圍產(chǎn)生了空間彎曲，太陽在周圍傳播了引力波，且地球以恰到好處的速度在“彎曲”的空間里運動．

點評 本題以發(fā)現(xiàn)引力波題材為背景資料，設(shè)計新穎，關(guān)鍵是結(jié)合已學(xué)有關(guān)的知識和題目給出信息分析解題，難度不大．