相对论的诞生课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,欢迎大家！,欢迎大家！,第,15,章 相对论简介,15.1,相对论的诞生,牡丹江市第一高级中学 吴春生,第15章 相对论简介15.1 相对论的诞生牡丹江市第一,相对论诞生的历史背景,19,世纪末物理学取得了巨大的成就：,牛顿力学 热力学 统计物理学 电磁场理论,形成了完整的物理学体系，并被赞誉为：,“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”,相对论诞生的历史背景 19世纪末物理学取得了巨大的成就：,在,1900,年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理学家，,威廉,汤姆孙,，,回顾了物理学在过去几百年中的发展，充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。,但同时他也承认,“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”。,在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理学家，威廉,量子理论诞生,相对论诞生,与光速问题有关,与黑体辐射有关,正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐观情绪，为后来建立近代物理学的理论基础作出了贡献。,量子理论诞生相对论诞生与光速问题有关与黑体辐射有关正是这两朵,一、经典的相对性原理,1,、惯性系：,牛顿运动定律成立的参考系,相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系,2,、伽利略相对性原理：,力学规律在任何惯性系中都是相同的,还可表述为：,在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的。,“,相对于不同的参考系，,经典力学定律,的表达形式是否完全相同？”,牛顿力学的回答,:,对于任何惯性参照系，牛顿力学的规律都具有相同的形式。这就是经典力学的相对性原理。,一、经典的相对性原理 1、惯性系：牛顿运动定律成立的参考系,那么，同一物理量在,不同,惯性系中的值有,对应,关系。,该原理意义一切惯性系都是,等价,的，没有绝对静止的标准，只能确定两个参照系的相对运动速度。,坐标,变换,:,质点,P,在,S,坐标系和,S,/,坐标系中的位置矢量关系为：,伽利略变换,o,y,x,z,那么，同一物理量在不同惯性系中的值有对应关系。该原,加速度变换,:,速度变换,:,从伽利略变换可得出三条结论：,1.,同时性是绝对的,，在,S,系中同时发生的,两事件，在所有其他惯性系中也是同时的,.,3.,时间测量是绝对的,先后发生的两个事件时间 ，在所有惯性系中的测量结果都相同。,2.,长度测量是绝对的,两事件的空间间隔 ，在所有惯性系中的测量结果都相同。,加速度变换:速度变换:从伽利略变换可得出三条结论：1.同时,伽利略相对性原理是作为基本假设提出来的，它之所以为人们接受承认，一方面是因为牛顿力学在解决力学问题上获得的巨大成功；另一方面是因为它与人们的经验相符。,但是,19,世纪中叶，人们在研究与物体运动有关的电磁现象时，发现电磁现象的规律不符合相对性原理。,其中最典型的就是光速的问题。,伽利略相对性原理是作为基本假设提出来的，它之,二、相对性原理与电磁规律,19,世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达到了顶峰。他的成就在于将当时所有已知的电磁学的知识归纳集中于四个方程之中：,由麦克斯韦方程组可以直接得出：电磁波的速度等于光速,c,，并不涉及参考系的问题，这与经典力学的速度合成法则一致吗？,二、相对性原理与电磁规律 19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动,光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾？,但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的,v,光速,光速,二、相对性原理与电磁规律,光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾？但是实,在电磁学领域里，相对性原理遇到了麻烦，这个麻烦与光速有关。经典力学的速度合成法则、相对性原理、电磁场理论，三者间出现不和谐。,只有两种可能：,（,1,）麦克斯韦电磁理论只在某一,特殊的惯性系,成立。,在电磁学领域里，相对性原理遇到了麻烦，这个麻烦与光速有关。经,由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期支配的影响，物理学界中多数人认为在绝对空间中充满着以太，麦克斯韦方程仅在相对于绝对空间静止的以太这一特殊惯性系中成立。于是，在地球这个相对于绝对空间运动的系统中，麦克斯韦方程仅近似成立。,1861,年麦克斯韦把光看成是一种以波的形式通过以太传播的电磁扰动。以太理论达到顶峰。,通过电磁学或光学实验应该能够测量出地球相对于以太的漂移速度。,由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期支配的影响，物理学界中,为此很多物理学家设计了一系列实验，想要测出地球在“以太”中运动的速度。,1887,年的迈克耳孙,莫雷实验是最著名的一个：它们将一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动方向一致，另一束和地球运动方向垂直，然后使它们发生干涉。如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换（旋转干涉仪）时干涉条纹就会发生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响。,为此很多物理学家设计了一系列实验，想要测出地球在“以太”中运,寻找以太“大失败”,1,）迈克耳逊他们如实地报道了他们的实验结果，但他没有意识到他所做的实验给出的结果所具有的重大意义：根本没有以太这种东西！迈克耳逊称他的实验是一次没有给出预期结果的大失败。,2,）但是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为“神圣”的经典物理学的根基：光的波动说理论和麦克斯韦电磁理论都是建立在以太基础之上的。,3,）迈克耳逊为此而获得,1907,年的诺贝尔物理学奖，他也是获得此奖的第一位美国人。,寻找以太“大失败”1）迈克耳逊他们如实地报道了他们的实,只有两种可能：,（,1,）麦克斯韦电磁理论只在某一,特殊的惯性系,成立。,（,2,）经典力学要作修改。,法国数学家兼物理学家庞加莱说：“我们必须建立一种新的力学，对它我们只能够管中窥豹,在这个新力学中，光速是一个不可逾越的极限。”,只有两种可能：法国数学家兼物理学家庞加莱说：“我们必须建,两个基本假设,三、狭义相对论的两个基本假设,在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,(,与光源观察者相对运动没关系,),两个基本假设三、狭义相对论的两个基本假设在不同的惯性参考系中,第一条原理是对经典力学相对性原理的推广。,不论在哪一个惯性系中做实验，都不能确定该惯性系的绝对运动。即对运动的描述只有相对意义，绝对静止的参考系是不存在的。,明确几点：,2,）第二条原理实际上是对实验结果的总结。它表明：在任何惯性系中测得的真空中的光速都相等。说明光速与观察者及光源的运动状态无关。,3),爱因斯坦理论带来了观念上的变革：,牛顿经曲力学理论：,狭义相对论：,时间、长度、质量的测量均与参照系无关。,时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关。,第一条原理是对经典力学相对性原理的推广。不论在哪一个惯性系中,总结,一、伽利略相对性原理,力学规律在任何惯性系中都是相同的,二、相对性原理与电磁规律发生矛盾,三、狭义相对论的两个基本假设,1,、狭义相对性原理,在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的,2,、光速不变原理,真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。,总结一、伽利略相对性原理,1,根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论,(),A,任何力学规律在惯性系中都是相同的,B,同一力学规律在不同的惯性系中可能不同,C,在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动,D,在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动,课堂练习,AC,1根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论()课堂练,相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别很大，很难被普通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿的诗句,:,自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，,上帝说：“让牛顿去吧，”,于是一切都成为光明。,后人续写道,:,上帝说完多少年之后，,魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”,于是一切又回到黑暗中。,相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别很大，很难被,