【物理】第十五章《相對(duì)論簡介》精品課件(新人教版選修3-4)

1、高中物理新人教版選修- 4系列課件第十五章相對(duì)論簡介15.1相對(duì)論誕生教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：知識(shí)與技能： （1）了解相對(duì)論誕生的歷史背景，知道麥克耳孫一莫雷實(shí)驗(yàn) （2）了解經(jīng)典的相對(duì)性原理 （3）知道相對(duì)性原理與電磁規(guī)律之間的矛盾 （4）知道狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 過程與方法：過程與方法：（1）了解對(duì)經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)部矛盾的探索過程 （2）理解愛因斯坦建立相對(duì)論的科學(xué)探究思想和邏輯推理方法 情感態(tài)度價(jià)值觀：情感態(tài)度價(jià)值觀： （1）明確物理理論的發(fā)展的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ：狹義相對(duì)論的兩點(diǎn)假設(shè) 教教 學(xué)學(xué) 方方 法法 ：閱讀小結(jié) 世界物理年徽標(biāo)世界物理年徽標(biāo)（1）了解經(jīng)

2、典的相對(duì)性原理）了解經(jīng)典的相對(duì)性原理 運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性中國古代研究：中國古代研究：尚書緯考靈曜尚書緯考靈曜 “地恒動(dòng)而人不知，譬如閉舟而行不覺舟之運(yùn)地恒動(dòng)而人不知，譬如閉舟而行不覺舟之運(yùn)也。也。” 伽里略相對(duì)性原理伽里略相對(duì)性原理關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話： “理想船實(shí)驗(yàn)理想船實(shí)驗(yàn)”伽里略速度變換公式伽里略速度變換公式 ：uvv牛頓力學(xué)的不變性：牛頓力學(xué)的不變性： aa 伽利略相對(duì)性原理伽利略相對(duì)性原理 1632年，伽利略發(fā)表了年，伽利略發(fā)表了關(guān)于關(guān)于兩種世界體系的對(duì)話兩種世界體系的對(duì)話一書，其中對(duì)船艙里觀察一書，其中對(duì)船艙里觀察到的現(xiàn)象有一段生動(dòng)的描述：到的現(xiàn)象有一

3、段生動(dòng)的描述：“船停著不動(dòng)船停著不動(dòng)時(shí)，你留神觀察，小蟲都以等速向各方向飛行，時(shí)，你留神觀察，小蟲都以等速向各方向飛行，魚向各個(gè)方向隨意游動(dòng)，水滴滴進(jìn)下面的罐中；魚向各個(gè)方向隨意游動(dòng)，水滴滴進(jìn)下面的罐中；你把任何東西扔給你的朋友時(shí)，只要距離相等，你把任何東西扔給你的朋友時(shí)，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(gè)方向跳過的距離都相同。當(dāng)腳齊跳，無論向哪個(gè)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(dòng)是勻速的，也不忽左忽右地?cái)[動(dòng)，進(jìn)，只要運(yùn)動(dòng)是勻速

4、的，也不忽左忽右地?cái)[動(dòng)，你將發(fā)現(xiàn)，所有上述現(xiàn)象絲毫沒有變化。你也無你將發(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(gè)現(xiàn)象來確定，船是在運(yùn)動(dòng)還是法從其中任何一個(gè)現(xiàn)象來確定，船是在運(yùn)動(dòng)還是停著不動(dòng)停著不動(dòng)”伽利略這段描述說明：伽利略這段描述說明：在相對(duì)于地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)在相對(duì)于地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船艙里所進(jìn)行的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測，其結(jié)果與地面上的的船艙里所進(jìn)行的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測，其結(jié)果與地面上的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測結(jié)果沒有差異。不能根據(jù)在船艙內(nèi)的力力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)和觀測，來判斷船相對(duì)于地面是靜止還是運(yùn)動(dòng)。學(xué)實(shí)驗(yàn)和觀測，來判斷船相對(duì)于地面是靜止還是運(yùn)動(dòng)。正如地球以

5、正如地球以30千米千米/秒的速度相對(duì)太陽而運(yùn)動(dòng)，我們卻絲秒的速度相對(duì)太陽而運(yùn)動(dòng)，我們卻絲毫沒有感覺地球在運(yùn)動(dòng)一樣，也不能根據(jù)地面上的力學(xué)毫沒有感覺地球在運(yùn)動(dòng)一樣，也不能根據(jù)地面上的力學(xué)實(shí)驗(yàn)來直接判斷地球的公轉(zhuǎn)。這是因?yàn)榈孛嫔虾痛摾飳?shí)驗(yàn)來直接判斷地球的公轉(zhuǎn)。這是因?yàn)榈孛嫔虾痛摾锏牧W(xué)規(guī)律具有相同的形式。牛頓第二定律的形式的力學(xué)規(guī)律具有相同的形式。牛頓第二定律的形式Fma，在靜止的船上和做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船上是相同的。，在靜止的船上和做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船上是相同的。牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，凡是牛頓運(yùn)動(dòng)定律成凡是牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參照系，稱為慣性參照系，或簡稱慣性

6、系。地面參立的參照系，稱為慣性參照系，或簡稱慣性系。地面參照系是慣性系，相對(duì)地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船也是慣性照系是慣性系，相對(duì)地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)的船也是慣性系。一般而言，相對(duì)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的任何參照系。一般而言，相對(duì)慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的任何參照系，都是慣性系。系，都是慣性系。牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，稱為牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系，稱為慣性參考系慣性參考系，簡稱慣性系簡稱慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系，牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系，稱為稱為非慣性系非慣性系 綜上所述，相對(duì)任何慣性系，力綜上所述，相對(duì)任何慣性系，力學(xué)規(guī)律都具有相同的形式。換言學(xué)規(guī)律都具有相同的形式。換言之，之，在描述力學(xué)的規(guī)

7、律上，一切在描述力學(xué)的規(guī)律上，一切慣性系都是等價(jià)的。慣性系都是等價(jià)的。這一原理稱這一原理稱為伽利略相對(duì)性原理，或經(jīng)典力為伽利略相對(duì)性原理，或經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理學(xué)的相對(duì)性原理。（2）知道狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)）知道狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理：狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理：相對(duì)性原理相對(duì)性原理 一切物理定律，在不同的慣性系中是一切物理定律，在不同的慣性系中是相同的相同的 光速不變?cè)砉馑俨蛔冊(cè)?光在真空中的傳播速度在不同的慣性光在真空中的傳播速度在不同的慣性系中測得的數(shù)值都是相同的系中測得的數(shù)值都是相同的 邁克爾遜邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)原理圖 實(shí)驗(yàn)干涉條紋

8、實(shí)驗(yàn)干涉條紋 電磁理論與經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的矛盾電磁理論與經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的矛盾 19世紀(jì)中葉，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(shí)已知的電磁現(xiàn)象，而且預(yù)言電磁理論不但能夠解釋當(dāng)時(shí)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)，在真空中的傳播速度為一常數(shù)，c3.0108米米/秒，并秒，并很快為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。很快為

9、實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 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)速度無關(guān)。如果光波也和聲波一樣，是靠一種媒質(zhì)(以以太太)傳播的，那么光速相對(duì)于絕對(duì)靜止的以太就應(yīng)該是傳播的，那么光速相對(duì)于絕對(duì)靜止的以太就應(yīng)該是不變的?？茖W(xué)家們?yōu)榱藢ふ乙蕴隽舜罅康膶?shí)驗(yàn)，其中不變的。科學(xué)家們?yōu)榱藢ふ乙蕴隽舜罅康膶?shí)驗(yàn)，其中以美國物理學(xué)家邁克耳孫和莫雷實(shí)驗(yàn)最為著名。這個(gè)實(shí)以美國物理學(xué)家邁克耳孫和莫雷實(shí)驗(yàn)最為著名。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不但沒能證明以太的存在，相反卻宣判了以太的死刑，驗(yàn)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

10、對(duì)于地球是各向同性的。但是這卻與經(jīng)典的證明光速相對(duì)于地球是各向同性的。但是這卻與經(jīng)典的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論相矛盾。運(yùn)動(dòng)學(xué)理論相矛盾。 愛因斯坦分析了物理學(xué)的發(fā)展，特別是電愛因斯坦分析了物理學(xué)的發(fā)展，特別是電磁理論，于磁理論，于1905年提出了狹義相對(duì)論。狹年提出了狹義相對(duì)論。狹義相對(duì)論的基本原理可表述于下：義相對(duì)論的基本原理可表述于下： 1.1.相對(duì)性原理相對(duì)性原理 相對(duì)任何慣性系，包括電相對(duì)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。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(shí)驗(yàn)?zāi)艽_定一個(gè)也就是說，沒有任何物理實(shí)驗(yàn)?zāi)艽_定一個(gè)慣性系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。慣性系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 2.光速不變?cè)?/p>

11、理光速不變?cè)?相對(duì)任何慣性系，真空相對(duì)任何慣性系，真空中的光速都是一個(gè)常量，中的光速都是一個(gè)常量，c3.0108米米/秒，與傳播的方向無關(guān)，秒，與傳播的方向無關(guān)，與光源的速度與光源的速度也無關(guān)。也無關(guān)。15.2時(shí)間和空間的相對(duì)性教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：知識(shí)與技能： （1）同時(shí)的相對(duì)性；（2）運(yùn)動(dòng)長度的收縮；（3）時(shí)間間隔的相對(duì)；（4）了解時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證；（5）了解相對(duì)論時(shí)空觀與經(jīng)典物理時(shí)空觀的主要區(qū)別 過程與方法：過程與方法： （1）理解同時(shí)相對(duì)性的推演過程男；（2）理解從“同時(shí)相對(duì)性”出發(fā)得出“運(yùn)動(dòng)長度和時(shí)間間隔的相對(duì)性”的過程 情感態(tài)度和價(jià)值觀：情感態(tài)度和價(jià)值觀： （1）體會(huì)相對(duì)

12、論嶄新的時(shí)空觀，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。（2）辯證地看待經(jīng)典物理理論 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ： 從“同時(shí)”的相對(duì)性得出運(yùn)動(dòng)長度和時(shí)間間隔的相對(duì)性一、一、“同時(shí)同時(shí)”的相對(duì)性的相對(duì)性 車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達(dá)前后車廂的先后是不一樣的達(dá)前后車廂的先后是不一樣的 車上車上的觀察者認(rèn)為光的觀察者認(rèn)為光同時(shí)到達(dá)車廂的前后兩壁同時(shí)到達(dá)車廂的前后兩壁 站臺(tái)上站臺(tái)上的觀察者認(rèn)為光的觀察者認(rèn)為光先到車廂后壁后到前壁先到車廂后壁后到前壁結(jié)論：結(jié)論： 1 1、對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，、對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于

13、地面就不是同時(shí)的對(duì)于地面就不是同時(shí)的 關(guān)鍵：在各個(gè)參考系中光速都為關(guān)鍵：在各個(gè)參考系中光速都為c c 2 2、地面上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于運(yùn)動(dòng)、地面上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車也不是同時(shí)的的火車也不是同時(shí)的 關(guān)鍵：相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵：相對(duì)運(yùn)動(dòng) 課本課本P P108 108 思考與討論思考與討論二、長度的相對(duì)性二、長度的相對(duì)性 v v車上的人看到的車廂的長度：車上的人看到的車廂的長度：車外的人看到的車廂的長度：車外的人看到的車廂的長度：0ll0ll201cvll注意：注意：長度縮短效應(yīng)長度縮短效應(yīng)只發(fā)生在只發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上如上例中的如上例中的 X X 軸方向上，在軸方向

14、上，在Y Y 軸方向上軸方向上無無長度縮短效應(yīng)長度縮短效應(yīng)動(dòng)尺變短（空間收縮效應(yīng)）動(dòng)尺變短（空間收縮效應(yīng)）S SO O X X YYA B O O S SX XY Y u1xl 結(jié)論結(jié)論 一條一條沿自身長度方向運(yùn)動(dòng)沿自身長度方向運(yùn)動(dòng)的桿，的桿，其長度總比桿靜止時(shí)的長度小其長度總比桿靜止時(shí)的長度小斐克小伙劍術(shù)精，斐克小伙劍術(shù)精，出刺迅捷如流星，出刺迅捷如流星，由于空間收縮性，由于空間收縮性，長劍變成小鐵釘長劍變成小鐵釘. .三、時(shí)間間隔的相對(duì)性三、時(shí)間間隔的相對(duì)性在站臺(tái)上看運(yùn)在站臺(tái)上看運(yùn)動(dòng)火車上的鐘動(dòng)火車上的鐘在火車上看運(yùn)在火車上看運(yùn)動(dòng)站臺(tái)上的鐘動(dòng)站臺(tái)上的鐘 高速運(yùn)行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃

15、光，對(duì)高速運(yùn)行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，對(duì)于車上的人來說，閃光是在豎直方向反射的，而車于車上的人來說，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線傳播的廂外的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線傳播的對(duì)于車廂內(nèi)的人：對(duì)于車廂內(nèi)的人：對(duì)于車廂外的人：對(duì)于車廂外的人：cht202224vchth201cvtt相對(duì)速度與相對(duì)速度與動(dòng)鐘延緩效應(yīng)動(dòng)鐘延緩效應(yīng) ( =1s( =1s） V（米（米/秒）秒） 0.1c=3107 0.5c 0.8c 0.9c 0.99c 0.999c 0.9998c T(秒秒) 1.01 1.15 1.67 2.29 7.1 22.4 50 四、時(shí)空相對(duì)性的實(shí)

16、驗(yàn)驗(yàn)證四、時(shí)空相對(duì)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 根據(jù)相對(duì)論，時(shí)間根據(jù)相對(duì)論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的比在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的比較緩慢，也就是說，較緩慢，也就是說，在空間中高速移動(dòng)的在空間中高速移動(dòng)的時(shí)鐘，比固定于地面時(shí)鐘，比固定于地面上的時(shí)鐘走得慢上的時(shí)鐘走得慢19711971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好這是相對(duì)論的第一次宏觀驗(yàn)證言符合的很好這是相對(duì)論的第一次宏觀驗(yàn)證 早在早在19411941年，科學(xué)家通過對(duì)宇宙線的年，科學(xué)家通過對(duì)宇宙線的觀測證實(shí)了相對(duì)論的結(jié)論，美

17、國科學(xué)家羅觀測證實(shí)了相對(duì)論的結(jié)論，美國科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中子子的數(shù)量，結(jié)果與相對(duì)論預(yù)言完全一致的數(shù)量，結(jié)果與相對(duì)論預(yù)言完全一致201cvtt201cvll當(dāng)兩個(gè)參考系的當(dāng)兩個(gè)參考系的相對(duì)速度可與光速相相對(duì)速度可與光速相比時(shí)，時(shí)間與空間的比時(shí)，時(shí)間與空間的相對(duì)性才比較明顯相對(duì)性才比較明顯 狹義相對(duì)論的結(jié)論已經(jīng)完全得到證實(shí)，實(shí)際狹義相對(duì)論的結(jié)論已經(jīng)完全得到證實(shí)，實(shí)際上它已經(jīng)成為微觀粒子研究的基礎(chǔ)之一上它已經(jīng)成為微觀粒子研究的基礎(chǔ)之一 牛頓牛頓物理學(xué)的物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀絕對(duì)時(shí)空觀：物理學(xué)的：物理學(xué)的空間空間與時(shí)間與時(shí)間是絕對(duì)分離是絕對(duì)分離沒有聯(lián)系沒

18、有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而的，脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在，單獨(dú)存在，與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無關(guān)與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。 而相對(duì)論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，而相對(duì)論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，空間和時(shí)間與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。空間和時(shí)間與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。 人類對(duì)于空間、時(shí)間更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)而形人類對(duì)于空間、時(shí)間更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)而形成的新的時(shí)空觀，是建立在新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和成的新的時(shí)空觀，是建立在新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致的矛盾基礎(chǔ)上，相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致的矛盾基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展、不斷完善起來的。不斷發(fā)展、不斷完善起來的。五、相對(duì)論的時(shí)空觀五、相對(duì)論的時(shí)空觀小小 結(jié)結(jié)一、一、“同時(shí)同時(shí)”是相對(duì)的是相對(duì)的二、長度的相對(duì)

19、性二、長度的相對(duì)性三、時(shí)間間隔的相對(duì)性三、時(shí)間間隔的相對(duì)性201cvtt201cvll15.3狹義相對(duì)論的其他結(jié)論教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：知識(shí)與技能： （1）運(yùn)動(dòng)速度的相對(duì)論變換 （2）相對(duì)論質(zhì)量 （3）質(zhì)能方程 過程與方法：過程與方法： 讓學(xué)生體會(huì)到自洽性檢驗(yàn)是科學(xué)理論研究的一個(gè)基本方法。 情感態(tài)度和價(jià)值觀：情感態(tài)度和價(jià)值觀： 體會(huì)物理學(xué)中蘊(yùn)含的簡單與和諧之美（質(zhì)能方程） 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ： 重點(diǎn)：重點(diǎn)：三個(gè)公式 難點(diǎn)：難點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)速度的相對(duì)性變換一、相對(duì)論的速度變換公式一、相對(duì)論的速度變換公式地面上的人看到車上地面上的人看到車上人相對(duì)地面的速度為：人相對(duì)地面的速度為：21

20、cvuvuu車對(duì)地的速度為車對(duì)地的速度為v v，人對(duì)車的速度為，人對(duì)車的速度為u u/ /vu21cvuvuu 如果車上人運(yùn)動(dòng)方向與火車運(yùn)動(dòng)方向相如果車上人運(yùn)動(dòng)方向與火車運(yùn)動(dòng)方向相反，則反，則uu取負(fù)值取負(fù)值 課本課本P P115115思考與討論思考與討論 物體的運(yùn)動(dòng)速度不能無限增加，那么物物體的運(yùn)動(dòng)速度不能無限增加，那么物體的質(zhì)量是否隨著速度而變化？體的質(zhì)量是否隨著速度而變化？ 嚴(yán)格的論證表明，物體高速（與光速相嚴(yán)格的論證表明，物體高速（與光速相比）運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與它靜止時(shí)的質(zhì)量之間有比）運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量與它靜止時(shí)的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系：下面的關(guān)系：201cvmmm為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 m0為靜止

21、質(zhì)量為靜止質(zhì)量二、相對(duì)論質(zhì)量二、相對(duì)論質(zhì)量 微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于靜止質(zhì)量在研究制造回旋加速器的大于靜止質(zhì)量在研究制造回旋加速器時(shí)必須考慮相對(duì)論效應(yīng)的影響時(shí)必須考慮相對(duì)論效應(yīng)的影響19881988年，中年，中國第一座高能粒國第一座高能粒子加速器子加速器北北京正負(fù)電子對(duì)撞京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)首次對(duì)撞成功機(jī)首次對(duì)撞成功 物體的能量和質(zhì)量之間物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：系是：2mcE 這就是著名的愛因斯坦質(zhì)能方程這就是著名的愛因斯坦質(zhì)能方程三、質(zhì)能方程三、質(zhì)能方程 質(zhì)能方程表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的質(zhì)能方程表

22、達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量之間的關(guān)系能量之間的關(guān)系. .0EEEk2mcE 物體的動(dòng)能物體的動(dòng)能運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量靜止時(shí)的能量靜止時(shí)的能量201cvmm2021vmEk在在v c時(shí)的一種近似時(shí)的一種近似這就是動(dòng)能表達(dá)式這就是動(dòng)能表達(dá)式0EEEk2mcE 202201cmcvcmEk具體推導(dǎo)過程如下：具體推導(dǎo)過程如下：200cmE1cv222111cvcv2220202021121cvcvcmcmcmEk2021vm2021vmEk課本課本P P116 116 思考與討論思考與討論15.4廣義相對(duì)論簡介教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能：知識(shí)與技能： （1）了解廣義相對(duì)論基本原理 廣義相對(duì)性

23、原理和等效原理 （2）廣義相對(duì)論主要結(jié)論 物質(zhì)的引力使光線彎曲和強(qiáng)引力場附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢 （3）介紹廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 過程與方法：過程與方法： （1）了解愛因斯坦思考和推演廣義相對(duì)論思維過程 情感態(tài)度和價(jià)值觀： （1）體會(huì)在宇宙中人類的渺小和科學(xué)的巨大力量 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) ： 1、廣義相對(duì)性原理和等效原理2、廣義相對(duì)論的主要結(jié)論：引力使光線彎曲和強(qiáng)引力場附近的時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)一、狹義相對(duì)論的兩點(diǎn)假設(shè)：一、狹義相對(duì)論的兩點(diǎn)假設(shè)：1 1、狹義相對(duì)性原理、狹義相對(duì)性原理 在不同的在不同的慣性參考系慣性參考系，一切物理規(guī)律一切物理規(guī)律都是都是相同的相同的2 2、光速不變?cè)?/p>

24、理、光速不變?cè)?真空中的光速真空中的光速在不同的慣性參考系中是在不同的慣性參考系中是相相同同的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。關(guān)系。二、由狹義相對(duì)論推出的幾個(gè)結(jié)論二、由狹義相對(duì)論推出的幾個(gè)結(jié)論1 1、“同時(shí)同時(shí)”的相對(duì)性的相對(duì)性2 2、動(dòng)尺變短、動(dòng)尺變短3 3、動(dòng)鐘變慢、動(dòng)鐘變慢4 4、速度變換公式、速度變換公式21cvuvuu201cvtt201cvll5 5、相對(duì)論質(zhì)量、相對(duì)論質(zhì)量6 6、質(zhì)能方程、質(zhì)能方程2mcE 201cvmm閱讀思考題閱讀思考題1 1、狹義相對(duì)論遇到哪兩個(gè)無法解決的問題？、狹義相對(duì)論遇到哪兩個(gè)無法解決的問題？2 2、廣

25、義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理是什么？、廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理是什么？ 與狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)有什么不同？與狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)有什么不同？3 3、根據(jù)廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理可以導(dǎo)出、根據(jù)廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理可以導(dǎo)出那些重要結(jié)論？那些重要結(jié)論？一、超越狹義相對(duì)論的思考一、超越狹義相對(duì)論的思考 愛因斯坦思考愛因斯坦思考狹義相對(duì)論無法解決的兩狹義相對(duì)論無法解決的兩個(gè)問題：個(gè)問題：1 1、引力問題、引力問題 萬有引力定律無法納人狹義相對(duì)論的理萬有引力定律無法納人狹義相對(duì)論的理論框架；論框架；2 2、非慣性系問題，、非慣性系問題， 狹義相對(duì)論只適用于慣性系，為什么慣狹義相對(duì)論只適用于慣性系，為什么慣性

26、系具有這樣的地位？狹義相對(duì)論無法解性系具有這樣的地位？狹義相對(duì)論無法解釋釋 二、廣義相對(duì)性原理和等效原理二、廣義相對(duì)性原理和等效原理1 1、廣義相對(duì)性原理：、廣義相對(duì)性原理： 在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的。伽利略相對(duì)性原理伽利略相對(duì)性原理 力學(xué)規(guī)律力學(xué)規(guī)律在在任何慣性系任何慣性系都是都是相同相同的的愛因斯坦狹義相對(duì)性原理愛因斯坦狹義相對(duì)性原理(1905年年) 在在不同的慣性參考系不同的慣性參考系中，中，一切物理規(guī)律一切物理規(guī)律都有是都有是相同相同的；的； 愛因斯坦廣義相對(duì)論原理（愛因斯坦廣義相對(duì)論原理（1916年）年） 在在任何參考系中任何參考系中(包

27、括非慣系）所有的物理規(guī)律包括非慣系）所有的物理規(guī)律都是都是相相同同的，稱為廣義相對(duì)性原理。的，稱為廣義相對(duì)性原理。邏輯形式逐漸簡約邏輯形式逐漸簡約2 2、等效原理：、等效原理： 一個(gè)一個(gè)均勻均勻的引力場與一個(gè)做的引力場與一個(gè)做勻加速勻加速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)。的參考系等價(jià)。 如果飛船做勻加速運(yùn)動(dòng)，在光如果飛船做勻加速運(yùn)動(dòng)，在光向右傳播的同時(shí)，飛的速度也在不向右傳播的同時(shí)，飛的速度也在不斷增大，因此船上觀察者記錄下的斷增大，因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條拋物線。光的徑跡是一條拋物線。三、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論三、廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論1 1、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲、物質(zhì)的引力使光線發(fā)生彎曲

28、如果飛船做勻速直線運(yùn)動(dòng)，船如果飛船做勻速直線運(yùn)動(dòng)，船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條上觀察者記錄下的光的徑跡是一條直線（虛線）直線（虛線） 飛船外觀察者看到這束光是飛船外觀察者看到這束光是直線傳播的（水平向右）直線傳播的（水平向右）各各類類星星體體對(duì)對(duì)比比宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫宇宙中有一類恒星，體積很小，質(zhì)量卻很大，叫做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)程做矮星，引力勢比地球低的多，矮星表面的時(shí)間進(jìn)程比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)比較慢，哪里的發(fā)光的頻率比同種的原子在地球上發(fā)光頻率低，看起來偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移光頻率低，看起來偏紅，這個(gè)現(xiàn)象叫做引力紅移3 3、引力紅移、引力紅移 由于物質(zhì)的存在，實(shí)際空間并不是均勻由于物質(zhì)的存在，實(shí)際空間并不是均勻的，空間發(fā)生了的，空