【課件】第5章 科學(xué)進步無止境

魯科2019版必修第二冊第5章

科學(xué)進步無止境什么是時間？什么是空間？時間和空間有什么性質(zhì)？經(jīng)典物理學(xué)對這些問題并沒有正面回答。但是從它對問題的處理上，我們體會到經(jīng)典物理學(xué)認為空間和時間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對的，空間與時間之間也是沒有聯(lián)系的。那么，相對論的時空觀是否也這樣認為呢？激趣誘思19世紀(jì)末物理學(xué)取得了巨大的成就：牛頓力學(xué)熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)電磁場理論形成了完整的物理學(xué)體系，并被贊譽為：“一座莊嚴(yán)雄偉的建筑體系和動人心弦的美麗廟堂”

在1900年英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上，著名的物理學(xué)家，威廉·湯姆孫，回顧了物理學(xué)在過去幾百年中的發(fā)展，充滿自信地宣稱：科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，未來的物理學(xué)家只要做一些修修補補的工作就可以了。但同時他也承認“明朗的天空中還有兩朵小小的、令人不安的烏云”。量子理論誕生相對論誕生與光速問題有關(guān)與黑體輻射有關(guān)正是這兩朵小小的烏云，沖破了經(jīng)典物理學(xué)的束縛，打消了當(dāng)時絕大多數(shù)物理學(xué)家的盲目樂觀情緒，為后來建立近代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)作出了貢獻。相對論.mp4一、經(jīng)典時空觀

描述一個物體的運動必須選擇一個參考系，然后研究這一物體相對于參考系是如何運動的。1.所有相對于慣性系做勻速直線運動的參考系都是慣性系?！ｎD運動定律成立的參考系2.對于所有的慣性系，力學(xué)規(guī)律都是相同的，或者說，一切慣性系都是等效的，這一結(jié)論稱為伽利略相對性原理。3.經(jīng)典時空觀（絕對時空觀）

時間和空間彼此獨立、互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)或運動的影響。4.經(jīng)典力學(xué)的幾個基本結(jié)論①同時的絕對性②時間間隔的絕對性③空間距離的絕對性當(dāng)拋出的物體與汽車的行駛速度同向時,觀察者認為小球的速度為V2+V1當(dāng)拋出的物體與汽車的行駛速度反向時,觀察者認為小球的速度為V2-V1絕對時空觀的速度合成5.經(jīng)典時空觀的困惑光速恒定的特性，同運動的相對性原理之間似乎產(chǎn)生了矛盾？但是實驗現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的．v光速＝光速＝由于受牛頓絕對空間和絕對時間的觀念長期支配的影響，物理學(xué)界中多數(shù)人認為，光波的傳播介質(zhì)是“以太”，這種介質(zhì)密度極小、絕對靜止，充滿宇宙空間?！耙蕴闭娴拇嬖诿?？邁克爾孫-莫雷實驗入射光以太風(fēng)實驗現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的?！耙蕴笔遣淮嬖诘?！牛頓經(jīng)典力學(xué)受到?jīng)_擊愛因斯坦不存在特殊的慣性參考系。無論是力學(xué)規(guī)律還是電磁規(guī)律，它們對任何慣性參考系都是一樣的。相對性原理對一切自然規(guī)律都適用?！胺裾J以太的存在”在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的(與光源觀察者相對運動沒關(guān)系)。二、狹義相對論的兩個基本假設(shè)1、相對性原理2、光速不變原理對兩個基本原理的正確理解①自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律；②強調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運動，也不依賴于光的傳播方向③幾十年來科學(xué)家采用各種先進的物理技術(shù)測量光速，結(jié)果都不違背光速不變原理。vv在運動的火車上的鐘表顯示，做一個物理實驗需要15分鐘記為；地面上觀察者手里所拿的鐘表顯示時間要大于15分鐘，記為。三、相對論神奇時空：1.時間延緩效應(yīng)

思考：（1）為什么會“運動的時鐘”變慢了？一個物理過程經(jīng)歷的時間，在不同的參考系中，測量不一定相同。與之相靜止的參考系測得的時間最短，稱為固有時；與之有相對運動的參考系測得的時間變長，相對速度越大，時間延緩效應(yīng)越明顯。（2）這種現(xiàn)象說明了什么？不能脫離物體的運動來理解時間。（3）這兩個時間有什么關(guān)系？（4）經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)論還準(zhǔn)確么？在宏觀低速問題中，這種時間延緩效應(yīng)完全可以忽略，對經(jīng)典物理學(xué)的研究不造成影響。相對論神奇時空：2.長度收縮效應(yīng)

車上的人看到的桿的長度：l0車外的人看到的桿的長度：ll<l017O′X′Y′OXY●特別注意：長度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對運動的方向上，如上例中的X軸方向上，在Y軸方向上無長度縮短效應(yīng)。v思考：為什么我們平時觀察不到這種長度收縮效應(yīng)？因為我們生活在比光速低很多的低速世界里，長度收縮效應(yīng)可忽略不計。 物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：相對論神奇時空：3.質(zhì)能方程能量質(zhì)量光速隨著物體質(zhì)量的減少，它會釋放出一定的能量。核能時代拓展一步：質(zhì)速關(guān)系閱讀課文108頁愛因斯坦的廣義相對論認為，由于物質(zhì)的存在，空間和時間會發(fā)生彎曲。天地之間的引力作用是時空彎曲的結(jié)果。巨大質(zhì)量的物體使時空彎曲相對論神奇時空：4.時空彎曲相對論神奇時空：4.時空彎曲通常物體的引力場都太弱，20世紀(jì)只能觀測到太陽引力場