高二物理競賽第十八章相對論緒論課件

第十八章相對論教學(xué)基本要求一

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

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

理解狹義相對論中質(zhì)量、動量與速度的關(guān)系，以及質(zhì)量與能量間的關(guān)系.概述(Summarize)19世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運動方面不用說，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。”

--開爾文--這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射實驗邁克爾遜-莫雷實驗后來的事實證明，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)的誕生相對論問世經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)相對論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域今天來介紹相對論相對論---關(guān)于時空觀及時空與物質(zhì)關(guān)系的理論。相對論有狹義相對論廣義相對論之分：關(guān)于慣性系時空觀的理論；狹義相對論（specialrelativity）廣義相對論（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、狹義相對論和廣義相對論。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技術(shù)員。1905年，愛因斯坦發(fā)表了六篇論文，提出了有劃時代意義的“光的量子論”、“狹義相對論”和“布朗運動理論”。

1、狹義相對論

僅限于慣性參照系，特別對微觀高速運動的粒子（1）狹義相對論的兩個基本原理a、相對性原理b、光速不變原理（3）有關(guān)時空結(jié)構(gòu)和物質(zhì)、運動聯(lián)系的一個時空觀（2）洛倫茲變換（4）相對論動力學(xué)和電動力學(xué)（5）質(zhì)能關(guān)系2、廣義相對論（1）等效原理和廣義相對性原理非慣性系處理成慣性參照系加速場和與引力場等效所有物理學(xué)規(guī)律對所有的參照系都成立（2）廣義相對論揭示時空結(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)光束通過引力場時，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，我們應(yīng)當(dāng)觀察到光束的“位移”，這種位移只有在日蝕時才可能發(fā)現(xiàn)。星太陽月亮地球（4）廣義相對論的實驗驗證b、引力紅移原子或光子的振動可以看作是最簡單的時鐘。光子振動頻率的變動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的值：c、水星近日點的進(jìn)動

行星實際上并不按橢圓運動，因為鄰近天體的影響對這行星的運動產(chǎn)生攝動。舉例：水星特別明顯地表現(xiàn)在所謂近日點的進(jìn)動上。按照開普勒的理論，行星每年都應(yīng)通過同一個近日點。但由觀察得知，這個軌道點的位置相對于不動的恒星每一百年約變化1o33’20”。水星太陽近日點水星太陽近日點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進(jìn)動的數(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。起初曾把這個現(xiàn)象歸結(jié)