湖北省丹江口市高中物理第十五章相對論簡介第一節(jié)相對論的誕生課件新人教版選修3-4.ppt

第一節(jié)相對論的誕生 世界物理年徽標(biāo) 1 了解經(jīng)典的相對性原理 運(yùn)動的相對性中國古代研究 尚書緯 考靈曜 地恒動而人不知 譬如閉舟而行不覺舟之運(yùn)也 伽里略相對性原理 關(guān)于兩種世界體系的對話 理想船實驗 伽里略速度變換公式 牛頓力學(xué)的不變性 伽利略相對性原理1632年 伽利略發(fā)表了 關(guān)于兩種世界體系的對話 一書 其中對船艙里觀察到的現(xiàn)象有一段生動的描述 船停著不動時 你留神觀察 小蟲都以等速向各方向飛行 魚向各個方向隨意游動 水滴滴進(jìn)下面的罐中 你把任何東西扔給你的朋友時 只要距離相等 向這一方向不必比向另一方向用更多的力 你雙腳齊跳 無論向哪個方向跳過的距離都相同 當(dāng)你仔細(xì)觀察這些事情之后 再使船以任何速度前進(jìn) 只要運(yùn)動是勻速的 也不忽左忽右地擺動 你將發(fā)現(xiàn) 所有上述現(xiàn)象絲毫沒有變化 你也無法從其中任何一個現(xiàn)象來確定 船是在運(yùn)動還是停著不動 伽利略這段描述說明 在相對于地面做勻速直線運(yùn)動的船艙里所進(jìn)行的力學(xué)實驗和觀測 其結(jié)果與地面上的力學(xué)實驗和觀測結(jié)果沒有差異 不能根據(jù)在船艙內(nèi)的力學(xué)實驗和觀測 來判斷船相對于地面是靜止還是運(yùn)動 正如地球以30千米 秒的速度相對太陽而運(yùn)動 我們卻絲毫沒有感覺地球在運(yùn)動一樣 也不能根據(jù)地面上的力學(xué)實驗來直接判斷地球的公轉(zhuǎn) 這是因為地面上和船艙里的力學(xué)規(guī)律具有相同的形式 牛頓第二定律的形式F ma 在靜止的船上和做勻速直線運(yùn)動的船上是相同的 牛頓運(yùn)動定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ) 凡是牛頓運(yùn)動定律成立的參照系 稱為慣性參照系 或簡稱慣性系 地面參照系是慣性系 相對地面做勻速直線運(yùn)動的船也是慣性系 一般而言 相對慣性系做勻速直線運(yùn)動的任何參照系 都是慣性系 牛頓運(yùn)動定律成立的參考系 稱為慣性參考系 簡稱慣性系 牛頓運(yùn)動定律不成立的參考系 稱為非慣性系 綜上所述 相對任何慣性系 力學(xué)規(guī)律都具有相同的形式 換言之 在描述力學(xué)的規(guī)律上 一切慣性系都是等價的 這一原理稱為伽利略相對性原理 或經(jīng)典力學(xué)的相對性原理 2 知道狹義相對論的兩個基本假設(shè)狹義相對論的兩個基本原理 相對性原理一切物理定律 在不同的慣性系中是相同的 光速不變原理光在真空中的傳播速度在不同的慣性系中測得的數(shù)值都是相同的 邁克爾遜 莫雷實驗 實驗原理圖 實驗干涉條紋 電磁理論與經(jīng)典的運(yùn)動學(xué)理論的矛盾19世紀(jì)中葉 麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)上 建立了完整的電磁理論 又稱麥克斯韋電磁場方程組 麥克斯韋電磁理論不但能夠解釋當(dāng)時已知的電磁現(xiàn)象 而且預(yù)言了電磁波的存在 確認(rèn)光是波長較短的電磁波 電磁波在真空中的傳播速度為一常數(shù) c 3 0 108米 秒 并很快為實驗所證實 從麥?zhǔn)戏匠探M中解出的光在真空中的傳播速度與光源的速度無關(guān) 如果光波也和聲波一樣 是靠一種媒質(zhì) 以太 傳播的 那么光速相對于絕對靜止的以太就應(yīng)該是不變的 科學(xué)家們?yōu)榱藢ふ乙蕴隽舜罅康膶嶒?其中以美國物理學(xué)家邁克耳孫和莫雷實驗最為著名 這個實驗不但沒能證明以太的存在 相反卻宣判了以太的死刑 證明光速相對于地球是各向同性的 但是這卻與經(jīng)典的運(yùn)動學(xué)理論相矛盾 愛因斯坦分析了物理學(xué)的發(fā)展 特別是電磁理論 于1905年提出了狹義相對論 狹義相對論的基本原理可表述于下 1 相對性原理相對任何慣性系 包括電磁理論在內(nèi)的物理規(guī)律具有相同的形式 也就是說 沒有任何物理實驗?zāi)艽_定一個慣性系的運(yùn)動狀態(tài)