人教版高中物理选修3-4第十五章相对论简介基础知识梳理

第十五章 相对论简介 15. 1 相对论的诞生 一、经典的相对性原理 1.惯性系与非惯性系 (1)惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中成立,这个参考系就叫惯性系。 地面参考系是惯性系,相对于它做匀速运动的汽车、轮船作为参考系也是惯性系。 (2)非惯性系:如果牛顿运动定律在某个参考系中不成立,这个参考系就叫非惯性系。 我们坐在加速的车厢里,以车厢为参考系观察到路边的树木、房屋向后方加速运动,根据牛顿运动定律,房屋、树木应该受到不为零的合力作用,但事实上房屋、树木所受的合力为零,也就是牛顿运动定律不成立。这里加速的车厢就是非惯性系,也就是说在非惯性系中力学规律不相同。 2.伽利略相对性原理 表述1:力学规律在任何惯性系中都是相同的。 表述2:在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对 于另一个惯性系做匀速直线运动。 表述3:任何惯性参考系都是平权的。 二、相对性原理与电磁规律 1.相对性原理与电磁规律之间的矛盾 (1)麦克斯韦的电磁理论得出的电磁波的速度不涉及参考系,也就是说在不同的参考系中光速不变。 (2)根据相对性原理,在不同的参考系中观测到的光速应与参考系有关。 在经典力学中如果某一惯性系相对另一个惯性系的速度为,在此惯性系中有一物体速度为c，那么,此物体相对于另一惯性系的速度是 c+ 吗?根据伽利略相对性原理,答案是肯定的。实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的． 2.迈克耳孙一莫雷实验 (1)实验装置如图所示 (2)实验内容: 转动干涉仪,在水平面内不同方向进行光的干涉实验,干涉条纹并没有预期移动。 (3)实验结论: 光沿任何方向传播时,相对于地球的速度相同。可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对原理.任何参照系中测得的光在真空的速率都应该是。 3.伽利略相对性原理和爱因斯坦相对性原理的区别： (1)伽利略相对性原理指的是力学现象对一切惯性系来说,都遵循同样的规律;或者说,在研究力学规律时,一切惯性参考系都是等价、平权的,所以无法借助力学的手段确定惯性系自身的运动状态。 (2)爱因斯坦相对性原理指的是物理规律(不论是力学规律还是电磁规律)在所有惯性参考系中都是相同的,所以各个惯性系都是等价的,不存在特殊的、绝对的惯性系.故爱因斯