高中物理 沪科版 必修2 6.2、狭义相对论的基本原理 课件16张PPT

第2节 狭义相对论的基本原理
第6章 经典力学与现代物理
如果你不问我什么是时间，我对它还能意会；你一问起我，我就不知道怎样言传了。
—— 奥古斯汀
时间是什么？
空间又是什么？
时间和空间是绝对的吗？
它们与物体的运动状态有关吗?
?
亚里士多德
1
一、不同的时空观
李白
运动是有前和后的，而前和后作为可数的事物就是时间。时间或者同于运动，或者是运动的一种规定。
2
牛顿
绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远相同和不动的。
绝对的真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何其他外界事物无关地流逝着。
3
夫天地者，万物之逆旅；光阴者，百代之过客。
一、不同的时空观
爱因斯坦
你同你亲密的人坐在火炉边，一个钟头过去了，你觉得好像只过了5分钟；
反过来，你一个孤孤单单地坐在热气逼人的火炉边，只过了5分钟，但你却像坐了一个小时。
4
桥在左边还是右边？那要看是谁在说话。
1、内容
绝对的真实的数学时间,就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关。
绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变。
二、经典力学的时空观
2、几个具体结论
同时的绝对性 时间间隔的绝对性 空间距离的绝对性
惯性系：牛顿运动定律成立的参考系；相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的另一个参考系 也是惯性系
三、伽利略的相对性原理
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。
不论是X参考系，还是X'参考系，小球的运动形式均为匀速直线运动。
其运动学规律均满足：
s=vt
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
X/m
X'/m
t=1s
m相对于X系以3m/s的速度匀速右移
X'系相对于X系以1m/s速度匀速右移
m
三、伽利略的相对性原理
伽利略的相对性原理是作为基本假设提出来的，它之所以为人们接受承认：
一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大成功；
另一方面观察结果与人们的经验相符。

三、伽利略的相对性原理
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科学体系
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”
1
量子力学开创者普朗克遇到的劝说
德国物理学家普朗克立志要献身理论物理学时，他的老师也劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成的了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。”当时的物理学已发展到了巅峰状态。
2
1900年，开尔文勋爵的讲话
科学的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。同时他也承认：“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”
3
意义非凡的两朵乌云
第一朵乌云与黑体辐射有关，促使了量子理论的诞生；
第二多乌云与光速问题有关，促使了相对论的诞生。
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四、相对论产生的背景——两朵乌云之一：光速不变
十九世纪中叶，人们在研究与物体运动有关的电磁现象时，发现电磁现象的规律不符合伽利略的相对性原理。
其中最典型的就是光速的问题： C=3.0×108m/s
任何参照系中测得的光在真空中的速率都是这一数值。
这一结论还特别为后来的很多精确的实验所证实，最著名的是1887年迈克尔孙和莫雷所做的实验。
它们都明确无误地证明光速的测量结果与光源和测量者的相对运动无关，亦即与参考系无关。
可见光和电磁波的运动不服从经典力学的相对性原理。
四、相对论产生的背景——经典力学遭遇的挑战
面对挑战
你如何抉择？
上述的矛盾使物理学家面临两个选择，一是修补：修正现有的理论，去迎合实验结果(这相对比较容易，但常常无效) ；
二是创新：彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只适用于某一特殊的惯性系”，创立全新的理论。
爱因斯坦等人选择了后者，并提出了两假设：
四、相对论产生的背景——伟大的抉择
阿尔伯特·爱因斯坦(1879.3.14-1955.4.18)
1、狭义相对性原理
一切物理规律在任何惯性系中都是相同的。
2、光速不变原理
真空中的光速在任何惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的
相对运动没有关系
①一切物理规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；
②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向 ；
③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。
五、狭义相对论的两个基本假设
基于两个基本假设
你会想些什么问题？
狭义相对论对于时间和空间的思考
思考:
车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达前后车厢壁的时间一样吗?
狭义相对论对于时间和空间的思考
思考:
车厢上的人和地面上的人看到车厢的长度一样吗?
v
1.阅读教材信息浏览，了解爱因斯坦
2.查找资料，了解爱因斯坦的相对论
作业
3.预习本章第3节《爱因斯坦心目中的宇宙》
谢谢！