8.2 相对论初步（1）狭义相对论-课件-2021-2022学年高一下学期物理沪科版（2020）必修第二册

第八章 牛顿力学的局限性与相对论初步 第二节 相对论初步（1）狭义相对论 1 双生子佯谬 双胞胎弟弟送哥哥去宇宙航行，等哥哥回来回来却发现弟弟比自己更加苍老。 2 牛顿 电磁理论 麦克斯韦 开尔文勋爵在回顾了物理学所取得的伟大成就之后，充满自信地宣称，物理学的大厦已经基本完成，剩下的只是一些修饰工作。 3 物理学晴朗天空中的两朵乌云 迈克尔逊-莫雷实验 黑体辐射问题 直接宣判“以太”学说死刑 证明了光任何时候都为c 发现能量是不连续的 相对论 量子力学 光速有限制吗？ 根据速度叠加原理 0.5c c 在地球的人看手电筒的光速应该为 v看 = v火箭 + c = 1.5c 以静止或者匀速直线运动的物体为参考 惯性参考系： 伽利略相对性原则： 高中阶段可以理解为矢量运算法则 以上便是牛顿认为的“绝对时空观” 光速有限制吗？ 电磁理论 麦克斯韦 理论上给出了光速是一个恒定值 光速不依赖任何参考系 实验测量的结果也证明了光速是一个常数 菲索-旋转齿轮法 傅科-旋转镜面法 狭义相对论 为了解决这个问题，爱因斯坦一个全新的理论——狭义相对论。 相对性原理： 物理规律包括电磁规律，在所有惯性系中都具有相同的形式。 光速不变原理： 真空中的光速在所有惯性系中都是相同的，与光源和观测者的速度无关。 v v 同时的相对性 对于车厢里的观察者来说，车厢是惯性系，光向前及向后的传播速度相同，传播的距离相同，因此闪光同时到达车厢的前壁及后壁，即这两个事件对车上的观察者来说是同时发生的 但地面上的观察者不这么认为，因为当闪光向车厢前壁传播时，车厢也在以速度 v 向前运动，因此，闪光到达前壁的距离要此到达后壁的距离长一些，而光速是不变的，所以在地面的观察者看来，闪光先到达车厢后壁，后到达车厢前壁。即对地面上的观察者而言，这两个事件不是同时发生的。 我们的直觉认为，如果两个事件在一个参考系中是同时的，那在其他参考系中也一定是同时的，这似乎是天经地义的。但如果我们承认爱因斯坦的两条基本原理，则同时的相对性就是自然的结论。但为什么日常生活中我们觉察不到这种相对性？那是因为日常生活中涉及的速度都远远小于光速，这一差异我们是感觉不到的。 7 狭义相对论 假设一列高铁沿直线轨道以匀速 v 向右运动，车厢地板上一个光源向上发出一个闪光，被车厢顶部的反射镜反射回车厢地板，并用一个钟记录下光脉冲来回运动经历的时