高二物理競(jìng)賽第十八章相對(duì)論緒論課件

第十八章相對(duì)論教學(xué)基本要求一

了解愛因斯坦狹義相對(duì)論的兩條基本原理，以及在此基礎(chǔ)上建立起來的洛倫茲變換式.二

了解狹義相對(duì)論中同時(shí)的相對(duì)性，以及長度收縮和時(shí)間延緩的概念，了解牛頓力學(xué)的時(shí)空觀和狹義相對(duì)論的時(shí)空觀以及二者的差異.三

理解狹義相對(duì)論中質(zhì)量、動(dòng)量與速度的關(guān)系，以及質(zhì)量與能量間的關(guān)系.概述(Summarize)19世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。

正于是1900年英國物理學(xué)家開爾文在瞻望20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展的文章中說到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！?/p>

--開爾文--這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射實(shí)驗(yàn)邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。普朗克量子力學(xué)的誕生相對(duì)論問世經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)相對(duì)論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域今天來介紹相對(duì)論相對(duì)論---關(guān)于時(shí)空觀及時(shí)空與物質(zhì)關(guān)系的理論。相對(duì)論有狹義相對(duì)論廣義相對(duì)論之分：關(guān)于慣性系時(shí)空觀的理論；狹義相對(duì)論（specialrelativity）廣義相對(duì)論（Generalrelativity）關(guān)于一般參照系及引力的理論；愛因斯坦——公眾謂之人類最高智慧的象征愛因斯坦的主要科學(xué)貢獻(xiàn)：

光的量子論、狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。阿爾伯特愛因斯坦1895年在瑞士阿勞州立中學(xué)學(xué)習(xí)。1900年他在瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)畢業(yè)。1902年在伯爾尼的瑞士專利局被聘為三級(jí)技術(shù)員。1905年，愛因斯坦發(fā)表了六篇論文，提出了有劃時(shí)代意義的“光的量子論”、“狹義相對(duì)論”和“布朗運(yùn)動(dòng)理論”。

1、狹義相對(duì)論

僅限于慣性參照系，特別對(duì)微觀高速運(yùn)動(dòng)的粒子（1）狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理a、相對(duì)性原理b、光速不變?cè)恚?）有關(guān)時(shí)空結(jié)構(gòu)和物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)聯(lián)系的一個(gè)時(shí)空觀（2）洛倫茲變換（4）相對(duì)論動(dòng)力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)（5）質(zhì)能關(guān)系2、廣義相對(duì)論（1）等效原理和廣義相對(duì)性原理非慣性系處理成慣性參照系加速場(chǎng)和與引力場(chǎng)等效所有物理學(xué)規(guī)律對(duì)所有的參照系都成立（2）廣義相對(duì)論揭示時(shí)空結(jié)構(gòu)

與物質(zhì)的統(tǒng)一性（3）天體物理的基本理論基礎(chǔ)a、光束彎曲當(dāng)光束通過引力場(chǎng)時(shí)，根據(jù)等效原理，它的軌道應(yīng)當(dāng)彎曲。例如：星光經(jīng)過太陽邊緣時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)觀察到光束的“位移”，這種位移只有在日蝕時(shí)才可能發(fā)現(xiàn)。星太陽月亮地球（4）廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證b、引力紅移原子或光子的振動(dòng)可以看作是最簡單的時(shí)鐘。光子振動(dòng)頻率的變動(dòng)使光束的顏色向光譜的紅色端偏移，因此把它稱為引力紅移。

原子在引力大的地方發(fā)出的光波長變長，頻率變短太陽是巨大的引力場(chǎng)的值：c、水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)

行星實(shí)際上并不按橢圓運(yùn)動(dòng)，因?yàn)猷徑祗w的影響對(duì)這行星的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生攝動(dòng)。舉例：水星特別明顯地表現(xiàn)在所謂近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)上。按照開普勒的理論，行星每年都應(yīng)通過同一個(gè)近日點(diǎn)。但由觀察得知，這個(gè)軌道點(diǎn)的位置相對(duì)于不動(dòng)的恒星每一百年約變化1o33’20”。水星太陽近日點(diǎn)水星太陽近日點(diǎn)14

如果把所有看得見的已知行星的影響都考慮在內(nèi)，則我們得到的水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)的數(shù)值為每一百年約1°32′37″。牛頓萬有定律預(yù)言的結(jié)果與天文觀察的結(jié)果每一百年相差43″，產(chǎn)生原因未能獲得解釋。起初曾把這個(gè)現(xiàn)象歸結(jié)