第十五章 相对论简介 1 相对论的诞生：20张PPT

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第15章 相对论简介
15.1 相对论的诞生
牡丹江市第一高级中学 吴春生
相对论诞生的历史背景
19世纪末物理学取得了巨大的成就：
牛顿力学 热力学 统计物理学 电磁场理论
形成了完整的物理学体系，并被赞誉为：
“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”
量子理论诞生
相对论诞生
与光速问题有关
与黑体辐射有关
一、经典的相对性原理
1、惯性系：牛顿运动定律成立的参考系
相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系
2、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的
还可表述为：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；或者说，任何惯性系都是平权的。
“相对于不同的参考系，经典力学定律的表达形式是否完全相同？”
牛顿力学的回答:
对于任何惯性参照系 ，牛顿力学的规律都具有相同的形式。这就是经典力学的相对性原理。
那么，同一物理量在不同惯性系中的值有对应关系。
该原理意义－一切惯性系都是等价的，没有绝对静止的标准，只能确定两个参照系的相对运动速度。
质点P在S 坐标系和S/ 坐标系中的位置矢量关系为：
速度变换:
从伽利略变换可得出三条结论：
二、相对性原理与电磁规律
由麦克斯韦方程组可以直接得出：电磁波的速度等于光速c，并不涉及参考系的问题，这与经典力学的速度合成法则一致吗？
但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．
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二、相对性原理与电磁规律
寻找以太“大失败”
1 ） 迈克耳逊他们如实地报道了他们的实验结果，但他没有意识到他所做的实验给出的结果所具有的重大意义：根本没有以太这种东西！ 迈克耳逊称他的实验是一次没有给出预期结果的大失败。
2 ） 但是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为“神圣”的经典物理学的根基：光的波动说理论和麦克斯韦电磁理论都是建立在以太基础之上的。
3 ） 迈克耳逊为此而获得1907年的诺贝尔物理学奖，他也是获得此奖的第一位美国人。
只有两种可能：
（1）麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系成立。
（2）经典力学要作修改。
两个基本假设
三、狭义相对论的两个基本假设
在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的
总结
一、伽利略相对性原理
力学规律在任何惯性系中都是相同的
二、相对性原理与电磁规律发生矛盾
三、狭义相对论的两个基本假设
1、狭义相对性原理
在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的
2、光速不变原理
真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
1．根据伽利略相对性原理，可以得到下列结论( )
A．任何力学规律在惯性系中都是相同的
B．同一力学规律在不同的惯性系中可能不同
C．在一个惯性参照系里不能用力学实验判断该参照系是否在匀速运动
D．在一个惯性参照系里可以用力学实验判断该参照系是否在匀速运动
课堂练习
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