相對論 優(yōu)秀公開課

第十五章、相對論[復(fù)習(xí)課時]2節(jié)課[復(fù)習(xí)建議]本章屬于了解性的內(nèi)容，學(xué)生只要將教材上的內(nèi)容掌握就行了，但由于學(xué)生對這部分難理解，且不能與其他知識綜合運用，所以容易遺忘，新授到現(xiàn)在已隔了好長時間，所以要用2節(jié)課復(fù)習(xí)，并讓學(xué)生將教材上的題完成。[復(fù)習(xí)內(nèi)容]一、相對論的誕生19世紀末期在物理學(xué)明朗的天空中還有兩朵烏云，其中一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與光的速度有關(guān)。1．經(jīng)典的相對性原理（伽利略相對性原理）：（1）慣性系：如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系叫做慣性系。相對于一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。在不同的慣性系中觀察，同一物體的運動情況可能不同。（2）伽利略相對性原理：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。也就是說：在一個慣性系內(nèi)進行的任何力學(xué)實驗，都不能判斷這個慣性系是否相對于另一個慣性系做勻素直線運動。或者說：任何慣性系都是平權(quán)的。2．相對性原理與電磁規(guī)律只有牛頓運動定律并不能求出某個物體在未來某時刻的速度，還必須知道運動的初始條件。例如：求平拋運動的末速度，必須知道拋射的初速度。對于電磁波，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，可以直接得到真空中電磁波的速度，而并不需要初始條件。即：電磁波在真空中的傳播速度肯定是C。麥克耳孫-莫雷實驗：（1）現(xiàn)象：不論光源與觀測者做怎樣的相對運動，光速都是一樣的。（2）意義：說明麥克斯韋電磁理論對任何慣性系都是一樣的。3．愛因斯坦狹義相對性原理的兩個基本假設(shè)：（1）狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理定律（不論力學(xué)規(guī)律還是電磁規(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系中都是相同的。即光速與光源、觀測者間的相對運動沒有關(guān)系。二、時間和空間的相對性1．同時的相對性：指兩個事件，在一個慣性系中觀察是同時的，但在另外一個慣性系中觀察卻不再是同時的。2．長度的相對性：指相對于觀察者運動的物體，在其運動方向的長度，總是小于物體靜止時的長度。而在垂直于運動方向上，其長度保持不變。長度收縮公式：（注意：各字母的含義？）3．時間間隔的相對性：指某兩個事件在不同的慣性系中觀察，它們發(fā)生的時間間隔是不同的。公式表示：式中：表示與物體相對靜止的觀察者測得的時間間隔表示與物體相對運動的觀察者測得的時間間隔V表示觀察者與物體之間的相對速度意義：動鐘變慢（或稱時間膨脹）。實驗驗證：μ子的存在。4．相對論的時空觀經(jīng)典物理學(xué)的時空觀（牛頓物理學(xué)的絕對時空觀）：時間和空間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對的，空間與時間之間沒有任何聯(lián)系。相對論的時空觀（愛因斯坦相對論的相對時空觀）：空間和時間都與物質(zhì)的運動狀態(tài)有關(guān)。相對論的時空觀更具有普遍性，但是經(jīng)典物理學(xué)作為相對論的特例，在宏觀低速運動時仍將發(fā)揮作用。三、狹義相對論的其他結(jié)論1．相對論速度變換公式情境：設(shè)車對地面的速度為v，車上的人以速度u’沿著火車前進的方向相對火車運動，那么人相對于地面的速度u。公式：適用條件：只適用于同一直線上運動物體的速度疊加。意義：人對地面的速度u要比u’和v之和要小。2．相對論質(zhì)量公式：式中：m表示物體以速度v運動時的質(zhì)量（即動質(zhì)量）m0表示物體靜止時的質(zhì)量（即靜質(zhì)量）意義：物體運動時的質(zhì)量m總要大于靜止時的質(zhì)量m0。3．質(zhì)能方程公式：（或）式中：m是物體的質(zhì)量E是物體具有的能量意義：（1）質(zhì)量為m的物體，對應(yīng)（不能說“具有”）的能量為mc2。（2）當(dāng)質(zhì)量減少（增加）△m時，就要釋放出（吸收）的能量。愛因斯坦質(zhì)能方程從理論上預(yù)言了核能釋放及原子能利用和原子彈研制的可能性。四、廣義相對論簡介1．廣義相對性原理：在任何參考系（包括慣性系和非慣性系）中，物理規(guī)律都是相同的。2．等效原理：一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價。意義：通過等效原理，愛因斯坦將萬有引力和非慣性系的問題聯(lián)系了起來。3．廣義相對論的幾個結(jié)論：（1）物質(zhì)的引力使光線彎曲（或稱：光線經(jīng)過強引力場時會發(fā)生彎曲）。（2）引力場的存在使得