2012高一物理课件 6.1 高速世界 （鲁科版必修2）2

(共20张PPT)
第六章
相对论与量子论初步
前面我们所学的主要是以牛顿力学为基础的力学体系（包括物体运动的描述、力与运动的关系，功和能的关系等），这些都是以牛顿三大定律为基础，称之为经典力学。
牛顿力学是声学、光学、热学、电磁学赖以存在的基础
在十七世纪牛顿力学形成之后，它对科学技术的发展起了巨大的推动作用。
经典的力学与经典物理学“已经结合成一座具有庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”
德国物理学家劳厄
“在已经建立的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
“未来的物理学，其真理不得不在小数点后第六位去寻找。”
英国物理学家开尔文
但是，进入二十世纪，物理学研究的领域开始深入到了微观高速领域，
微观：空间尺度<10-10m 如原子、电子等
高速：速度为光速或接近以光速 3×108m/s
这时人们发现牛顿力学在这领域不再适用了
用开尔文的话说：“在物理学晴朗的天空的远处还有两朵小小的令人不安的乌云”
这两朵乌云指的是当时物理学理论无法解释的两个实验
迈克尔孙-莫雷实验、热辐射实验
这两个朵乌云，不久之后酝酿成物理学的一场巨大的变革，这场变革直接导致了二十世纪初相对论和量子论的诞生，是物理学从经典物理向近代物理转化的标志
相对论→高速运动世界
量子论→微观世界
牛顿力学是用绝对空间和绝对时间的概念来描述时间与空间。
1、经典力学的时空观
所谓绝对空间是指长度的量度与参照系无关；
绝对时间是指时间的量度与参照系无关
这就是说，两点之间的距离，
无论在那个参考系中测量都是一样的；
同样，前后发生的两个事件之间的时间，
无论在那个参考系中测量都是一样的
按照这种观点：时间和空间是彼此独立，互不相关并且独立于物质和运动之外的，不受物质和运动的影响。
——绝对时空观
牛顿本人曾说：“绝对空间，就其本性而言
与外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的”，
“绝对的、真正的和数学上的时间自己流逝着，
并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。”
2、经典的相对性原理
不同的参考系中观察物体的运动情况可能不同，物体在运动这一概念也是相对．
光速＝
v
光速＝ c-v
v
光速＝ c+v
光速具有相对性！！
一直以来，很多科学家都在努力地想用实验来验证光速的这种相对性。
物理学家迈克尔孙和莫雷合作，做了高精度的光的干涉实验，也就是迈克尔孙-莫雷实验。但都未能得到上述的结论。恰恰相反，实验现象切表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的。
光速恒定的现象 ，同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾？
这个时候整个物理学界陷入
困惑 ？？？
爱因斯坦
现代时空的创始人
20世纪最伟大的科学家 爱因斯坦对这个问题进行了深入研究，
并在1905年发表了论文《论动体的电动力学》
在这篇论文里对上述问题作出了对整个物理学界乃至整个科学界都有变革意义的回答
相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别很大，很难被普通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，
上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。
后人续写道: 上帝说完多少年之后，
魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。
在这篇论文中，爱因斯坦提出了两个假设
并在这两个假设的基础上构筑了狭义相对论力学
二. 爱因斯坦假设
爱因斯坦相对性原理
所有的物理学规律在一切惯性系中都有相同的形式
惯性参照系：
牛顿定律适用的参照系
（静止或匀速直线运动的参照系）
乙
甲
不论是在地面上还是在匀速运动的车上，做平抛运动的物体规律都一样。
光速不变原理
在一切惯性参照系中，测量到真空中的光速c都一样
也就是说，不管光源与观察者的相对运动如何，
在任一惯性系中的观察者所观测到的真空中的
光速都是相等的，
爱因斯坦相对性原理
所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式
光速不变原理
在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样
就是在这两个假设的基础上
爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义相对论
三、 狭义相对论时空观
v
1、时间延缓效应（时钟变慢）
v
高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
2、长度收缩效应
按照狭义相对论，不仅时间与运动有关，空间也与运动有关，这就是长度收缩效应。
如刻度尺，相对与观察者静止时，测量它的长度是ι，若让它相对与观察者以v的速度沿自身长度方向运动，此时测量的长度为ι′
可以发现： ι′< ι