高二物理相對論的誕生2省公開課金獎全國賽課一等獎微課獲獎?wù)n件

第十五章相對論介紹15.1相對論誕生1/16

牛頓經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)就是以牛頓命名三條定律，這一理論形成于十七世紀(jì)，在以后兩個多世紀(jì)里，牛頓力學(xué)對科學(xué)和技術(shù)發(fā)展起了巨大推進(jìn)作用，同時本身也得到了很大發(fā)展。不過，進(jìn)入二十世紀(jì)，物理學(xué)研究領(lǐng)域開始深入到了微觀高速領(lǐng)域，這時人們發(fā)覺牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用。物理學(xué)發(fā)展要求對牛頓力學(xué)以及一些長久認(rèn)為是不言自明基本觀念作出根本性變革，物理學(xué)需要一場革命！二十世紀(jì)初誕生相對論和量子力學(xué)就是這場從經(jīng)典物理向近代物理變革標(biāo)志2/1620世紀(jì)最偉大科學(xué)家愛因斯坦3/16一、經(jīng)典相對性原理1、慣性系：牛頓運動定律成立參考系相對于一個慣性參考系做勻速直線運動另一個參考系也是慣性系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還可表述為：在一個慣性參考系內(nèi)進(jìn)行任何力學(xué)試驗都不能判斷這個慣性系是否相對于另一個慣性系做勻速直線運動；或者說，任何慣性系都是平權(quán)。4/16

牛頓伽利略相對性原理是作為基本假設(shè)提出來，它之所認(rèn)為人們接收認(rèn)可，首先是牛頓力學(xué)在處理力學(xué)問題取得巨大功；另首先觀察結(jié)果與人們經(jīng)驗相符。

不過十九世紀(jì)中葉，人們在研究與物體運動相關(guān)電磁現(xiàn)象時，發(fā)覺在電磁現(xiàn)象規(guī)律不符合相對性原理

其中最經(jīng)典就是光速問題5/16

不一樣參考系中觀察物體運動情況可能不一樣，物體在空間移動這一概念也是相正確．在不一樣參考系中觀察物體運動情況6/16

光速恒定特征，同運動相對性原理之間似乎產(chǎn)生了矛盾？

不過試驗現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣相對運動，光速都是恒定．v光速＝光速＝7/16

這一結(jié)論還尤其為以后很多準(zhǔn)確試驗所證實，最著名是1887年邁克爾遜和莫雷所做試驗。它們都明確無誤地證實光速測量結(jié)果與光源和測量者相對運動無關(guān)，亦即與參考系無關(guān)?？梢姽夂碗姶挪ㄟ\動不服從伽利略相對原理.任何參考系中測得光在真空速率都應(yīng)該是這一數(shù)值8/16

當(dāng)初人們?yōu)榱颂幚磉@個困難，提出了三種可能：（1）麥克斯韋電磁理論有錯，正確電磁方程組應(yīng)滿足伽利略不變性。（2）牛頓力學(xué)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慣性系成立。（3）牛頓力學(xué)與伽利略變換不對，應(yīng)存在某種變換，麥克斯韋電磁理論在這種新變換下含有不變性。這意味著經(jīng)典牛頓力學(xué)要作修改，修改后力學(xué)方程在新變換下含有不變性。9/16二、相對性原理與電磁規(guī)律

19世紀(jì)后半葉和20世紀(jì)初，物理學(xué)家們曾經(jīng)猜測，有一個叫做以太介質(zhì)，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳輸時所需要介質(zhì)，拿以太做參考系時麥克斯韋電磁理論才成立．今天看來，以太是某一特殊參考系代表．麥克爾遜試驗表明不存在這么特殊參考系，實際上就是宣告宇宙間不存在以太．麥克爾遜莫雷試驗10/16

上述矛盾使物理學(xué)家面臨兩個選擇，一是修正現(xiàn)有理論，去迎合試驗結(jié)果（這相對比較輕易，但經(jīng)常無效）；另一個主張徹底擺脫“麥克斯韋電磁理論只適合用于某一特殊慣性系”，創(chuàng)建全新理論。愛因斯坦、龐加萊等人選擇了后者．并提出了兩個假設(shè)：11/16三、狹義相對論兩個基本假設(shè)1、狹義相對性原理在不一樣慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同2、光速不變原理真空中光速在不一樣慣性參考系中是相同，光速與光源、觀察者間相對運動沒相關(guān)系。

就是在看來如此簡單且最普通兩個假設(shè)基礎(chǔ)上愛因斯坦建立了一套完整理論——狹義相對論12/16對兩個基本原理正確了解①自然規(guī)律不但包含力學(xué)規(guī)律，還包含電磁學(xué)規(guī)律等其它全部物理學(xué)規(guī)律；②強調(diào)真空中光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者運動，也不依賴于光傳輸方向③幾十年來科學(xué)家采取各種先進(jìn)物理技術(shù)測量光速，結(jié)果都不違反光速不變原理。13/16小結(jié)一、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二、相對性原理與電磁規(guī)律發(fā)生矛盾三、狹義相對論兩個基本假設(shè)

1、狹義相對性原理在不一樣慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同

2、光速不變原理

真空中光速在不一樣慣性參考系中是相同，光速與光源、觀察者間相對運動沒相關(guān)系。14/16

相對論時空觀念與人們固有時空觀念差異很大，極難被普通人所了解。人們都稱贊愛因斯坦偉大，但又經(jīng)常弄不懂這偉大內(nèi)容。這使人們想起英國詩人波譜歌頌牛頓詩句:

自然界和自然界規(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。15/16；/刷單平臺zth95awb媽，拎個瓶子，瓶子里晃晃蕩蕩半瓶兒水，慌古隆咚跑進(jìn)來，手里水瓶揚起來，“啪”打在墻上，磕碎了，熱水濺在邱媽媽身上，邱媽媽“嗷”了一聲，也顧不得，轉(zhuǎn)身又往外跑去。寶音咳得總算定了些，給洛月攙扶著在枕頭上躺下來，只是喘氣，仍說不出話。邱媽媽又跑進(jìn)來，這次帶了樂韻同來。樂韻睡眼惺松，神色不善，邱媽媽可是滿臉歡喜，并榻上洛月也是喜孜孜：“大夫說好么？”“好！好！”老婆子一迭聲道，“要這盒子去看看！”笑得滿臉菊花對著寶音相了一相：“咱們姑娘可不好起來了！”便捧了痰盒子出去外間。寶音驚疑不定：她在老夫人面前得臉之后，大家給個面子，也尊稱她“寶音姑娘”，但誰曾有過一聲“咱們姑娘”？這可是正經(jīng)禮遇了！外頭劉晨寂聲音還守禮低微，邱媽媽原來耳背，聲音就一聲高過一聲了：“哦是陳血？哦這么說是咳出來了！果然是要狠藥么！這么說斷根了！哦哦，大夫你說我聽得見，知道知道！要補嘛！這會兒天也快亮了，大夫你開個方子，叫人熬去！阿彌陀佛這可算是好過來了！”寶音喘過氣，旁不提，先道：“取鏡子給我！”樂韻不動，洛月越過寶音身子下榻來，桌上取了面菱花鏡子給寶音。寶音接在手里一看，不知該慘嚎還是該大笑。這黃慘慘病容、尖伶伶下巴、黑黝黝淚汪汪眼睛，怎么看怎么都分明是表，韓玉笙！好好寶音，怎么成了韓玉笙？必定是夢吧！寶音掐了一下自己手心，會痛。其實不用掐手心，剛才那一頓下馬威咳嗽就該叫她知道了，什么夢都不可能經(jīng)歷如此痛楚而不醒過來。這就是現(xiàn)實。從一個丫頭，平白成了個金枝玉葉呵，多廉價事……不不，寶音還是想念自己皮囊。要現(xiàn)在自陳身份嗎？呵，只怕被看成妖孽抑或瘋婆，更怕被拉回黑屋中浸黃表紙。寶音思疑難定。邱媽媽去照管煎下一劑藥了。寶音以為嘴里，定定神，以為嘴里咸澀難當(dāng)：“給我杯水?！眲偛徘駤寢尵褪侨ゴ蛩曳?，屋內(nèi)再無熱水。洛月為難著，去倒冷水：“姑娘您先潤一潤……”眼睛瞟向樂韻，并不敢支使她，但這種時候樂韻要是還不動彈，真真太不像話了，她懶洋洋向外走，低低嘟囔：“大午夜要鏡子要茶……”寶音乜了她一眼。六屋里唯一一等丫頭，就是這么當(dāng)差！這筆帳且記下。洛月捂了茶碗一會兒，捧過來：“還是冷，姑娘