第1节 初识相对论（教学课件）物理鲁科版必修第二册

科学进步无止境 第5章 鲁科2019 高中物理必修二 第一节 初识相对论 0 1 PART first 再次跨越时空的对话 物体的运动离不开时间和空间，时间和空间究竟有怎样的关系？ 绝对时空观 牛顿 时间和空间是完全独立的。 时间是绝对的。 时间均匀地地流逝、与任何外界无关。 空间与外界任何事物无关的，永远是相同和不动的。 空间是绝对的。 相对时空观 爱因斯坦 绝对的时间和绝对的空间是不存在的，时间、空间与物质及其运动都有着密切的联系；同时，时间和空间之间也有着紧密的联系。 0 2 PART first 两朵乌云 由伽利略和牛顿等人创立的经典力学到19世纪末已发展为完整的经典物理学体系，对人类的科学认识产生了深远的影响。 电学 热学 经典物理学 力学 光学 声学 1900年，英国物理学家开尔文踌躇满志地宣告： “在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” 物理学 相对论 量子力学 但是在这尽善尽美之中，还有一点小小的遗憾： 在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的“乌云”。 0 3 PART first 寻找“以太” 水波的传播要有媒介 水 声波的传播要有媒介 空气 光波的传播需要媒介吗？ 以太 经典物理学家认为： 是光波的传播介质 “以太”：绝对静止、密度极小（几乎为 0）、硬度极大、完全透明，充满宇宙空间，渗透于一切物体。 寻找“以太”，成为 19 世纪后半叶物理学的一个重要课题 经典物理学家认为： 在以大小为v1 的速度水平行驶的汽车上，相对于汽车以大小为v2的速度将一物体水平抛出。 经典时空观的运动合成原理 相对于静止路边的观察者： v2与v1同向时： v2与v1反向时： 假设光相对“以太 ”的速度为 c，地球相对“以太”的速度为 v 在与地球相对静止的观察者看来 光速c与地球速度 v同向时： 光速c与地球速度 v反向时： 经典时空观的运动合成原理 如果能通过实验测量到这种差别，就能够证明“以太 ”的存在。 迈克尔孙—莫雷实验 1887年，美国物理学家迈克尔孙与莫雷合作，进行了著名的迈克尔孙—莫雷实验。 实验结果：不论地球运动的方向同光的射向一致还是相反，测出的光速都相同。 找不到“以太” 0 4 PART first 相对论 1905 年爱因斯坦提出相对论 两个基本假设： 1、相对性原理： 所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。 2、光速不变原理： 在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速 c 都一样。 相对论 相对性原理： 所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。 在某个惯性系中描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律，在其他一切惯性系中对该系统该过程作出描述的物理定律皆保持形式不变。 相对性原理 相对性原理 在匀速飞行的飞机上观测： 例如： 遵循匀变速直线运动的规律 在地面上（或在其他惯性参考系中 ）观测： 上抛小球的运动 仍遵循同样形式的匀变速直线运动的规律 光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速都一样。 光速不变原理 在一切惯性系中观测真空中传播的光，其传播速度均为 c，与光源或观察者的运动无关。 光速不变原理 静止在匀速运行列车中的观测者： 例如： 静立于地面的观测者： 观测手电筒发出的光 测得手电筒发出的光的速度大小是c 测得手电筒发出的光的速度大小也是c $$