高中物理 15.1《相對論的誕生》 新人教選修34

第十五章相對論簡介15.1相對論的誕生.一、問題的提出如果有人對你說：“你頭腦中的一些概念是不科學的．”你相信嗎？.一、問題的提出人們頭腦中的概念從科學性來講，可以分為兩類：第一類是科學的：第二類是經驗的，但不是科學的．.一、問題的提出請問：1、標準尺的長度靜止時和運動時的長度是一樣嗎？2標準鐘的快慢運動時和靜止時是一樣嗎？在高山頂和山谷是一樣嗎？.二、幾個經典概念和規(guī)律1、空間：人們通常所說的空間量，不外乎線的長度、平面物曲面的面積、形體的體積等等．它們都可以用標準尺來量度．.二、幾個經典概念和規(guī)律2、時間：通常，時間不外乎兩個事件的時間間隔、一個事件比另一個事件發(fā)生得早些或晚些、兩個事件同時發(fā)生等等．原則上時間都可以用標準鐘來量度．.二、幾個經典概念和規(guī)律3牛頓在他所著的《自然哲學的數學原理》一書中寫道：絕對的空間，本質上是與外界無關的，是同一的和靜止的．絕對的時間，本質上是一種與外界物體無關的均勻流動．這就是牛頓力學中的絕對空間和絕對時間概念．.二、幾個經典概念和規(guī)律4、空時坐標（1）空間坐標：需要3個空間量．比如：（x、y、z）．（2）空時坐標：需要4個數．比如：（x、y、z、t）．.二、幾個經典概念和規(guī)律5、速度合成法則：（1）伽利略變換式：設有兩個參考系S和作勻速運動，且S/相對S沿X軸以速度v運動．則事件P在兩坐標系中變換關系是.二、幾個經典概念和規(guī)律5、速度合成法則：（2）速度合成法則：設質點在在S/中的速度為u/，則在S中的速度為u=u/+v.二、幾個經典概念和規(guī)律6、慣性系：牛頓運動定律成立的參考系．凡是相對于慣性系做勻速直線運動的參考系都是慣性系．.二、幾個經典概念和規(guī)律7、牛頓力學中的相對性原理：牛頓運動定律的數學形式在所有的慣性系中都是相同的，或者說，牛頓運動定律的數學形式在伽利略變換是不變的．.二、幾個經典概念和規(guī)律7、牛頓力學中的相對性原理：（其它表述）（1）在任何兩個慣性系中做同一個力學實驗都會得到相同的結果；（2）用任何力學方法都無法將兩個慣性系分開；（3）對于描述力學現(xiàn)象，所有的慣系都是平權的．.三、經典物理學的困難1、在經典物理學中，牛頓運動定律能夠描述所有力學現(xiàn)象．2、在電磁學領域，麥克斯韋電磁場理論能描述所有的電磁學現(xiàn)象．并指出：在任一慣性系中，光速各向同性，大小都等于c．3、問題：假設光S在中的速度是c，它在S/中的速度是多少？.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＝.

19世紀后半葉和20世紀初，物理學家們曾經猜想，有一種叫做以太的介質，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳播時所需要的介質，拿以太做參考系時麥克斯韋的電磁理論才成立．今天看來，以太是某一特殊參考系的代表．麥克爾遜實驗表明不存在這樣的特殊參考系，實際上就是宣布宇宙間不存在以太．麥克爾遜莫雷實驗.這一結論還特別為后來的很多精確的實驗所證實，最著名的是1887年邁克爾遜和莫雷所做的實驗。它們都明確無誤地證明光速的測量結果與光源和測量者的相對運動無關，亦即與參照系無關。可見光和電磁波的運動不服從伽利略相對原理.任何參照系中測得的光在真空的速率都應該是一樣的．.當時人們?yōu)榱私鉀Q這個困難，提出了三種可能：（1）麥克斯韋電磁理論有錯，正確的電磁方程組應滿足伽利略不變性。（2）牛頓力學與麥克斯韋電磁理論都對，但麥克斯韋電磁理論只在某一特殊的慣性系成立。（3）牛頓力學與伽利略變換不對，應存在某種變換，麥克斯韋電磁理論在這種新的變換下具有不變性。這意味著經典牛頓力學要作修改，修改后的力學方程在新的變換下具有不變性。.上述的矛盾使物理學家面臨兩個選擇，一是修正現(xiàn)有的理論，去迎合實驗結果（這相對比較容易，但常常無效）；另一種主張徹底擺脫“麥克斯韋電磁理論只適用于某一特殊的慣性系”，創(chuàng)立全新的理論。愛因斯坦、龐加萊等人選擇了后者．并提出了兩個假設：.四、狹義相對論的兩個基本假設1、狹義相對性原理在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的2、光速不變原理真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關系。.對兩個基本原理的正確理解①自然規(guī)律不僅包括力學規(guī)律，還包括電磁學規(guī)律等其他所有的物理學規(guī)律；②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幾十年來科學家采用各種先進的物理技術測量光速，結果都不違背光速不變原理。.相對論的時空觀念與人們固有的時空觀念差別很大，很難被普通人所理解。人們都稱贊愛因斯坦偉大，但又常常弄不懂這偉大的內容。這使人們想起英國詩人波譜歌頌牛頓的詩句:.自然界和自然界的規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說：“讓牛頓去吧，”于是一切都成為光明。后人續(xù)寫道:上帝說完多少年之后，魔鬼說：“讓愛因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:50PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:50PM11、成功就是日復一日那一點點小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:50PM11、越是沒有本領的就越加自命不凡。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于提升自我。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/32023/2/303February202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2023/2/32023/2/3