狹義相對論的基本假設(shè)學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1第一頁，共31頁。相對論簡介(jin ji)牛頓(ni dn)力學(xué)適用宏觀物體的低速(d s)（與光速相比）運(yùn)動適用宏觀物體的低速（與光速相比）運(yùn)動研究微觀粒子的運(yùn)動研究宏觀物體的高速（與光速相比）運(yùn)動第1頁/共30頁第二頁，共31頁。相對論簡介(jin ji) 19世紀(jì)后半葉，關(guān)于電磁(dinc)場的研究不斷深入，人們認(rèn)識到了光的電磁(dinc)本質(zhì)我們已經(jīng)知道，電磁(dinc)波是以巨大且有限的速度傳播的，因此在電磁(dinc)場的研究中不斷遇到一些矛盾，這些矛盾導(dǎo)致了相對論的出現(xiàn) 相對論不僅給出了物體在高速運(yùn)動時所遵循的規(guī)律，而且改變了我們對于時間和空間的認(rèn)識，它的建立在物理學(xué)和

2、哲學(xué)的發(fā)展史上樹立了一座重要的里程碑第2頁/共30頁第三頁，共31頁。20世紀(jì)(shj)最偉大的科學(xué)家觀看(gunkn)錄像第3頁/共30頁第四頁，共31頁。經(jīng)典(jngdin)的相對性原理有關(guān)(yugun)相對性的思考？ 一群大學(xué)生說說笑笑，跑來問愛因斯坦，什么叫相對論他回答(hud)說：“你坐在一個漂亮姑娘旁邊，坐了兩小時，覺得只過了一分鐘；如果你緊挨著一個火爐，只坐了一分鐘，卻覺得象過了兩個小時這就是相對論”第4頁/共30頁第五頁，共31頁。經(jīng)典(jngdin)的相對性原理 不同的參考系中觀察物體的運(yùn)動情況可能不同，物體在空間移動(ydng)這一概念也是相對的在不同參考系中觀察物體的運(yùn)動

3、(yndng)情況第5頁/共30頁第六頁，共31頁。經(jīng)典(jngdin)的相對性原理 光速恒定的特性，同運(yùn)動的相對性原理之間似乎產(chǎn)生(chnshng)了矛盾？ 但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，不論光源(gungyun)和觀察者做怎樣的相對運(yùn)動，光速都是恒定的v光速 c光速vc第6頁/共30頁第七頁，共31頁。不存在(cnzi)特殊參考系 19世紀(jì)后半葉和20世紀(jì)初，物理學(xué)家們曾經(jīng)猜想，有一種叫做以太的介質(zhì)，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳播時所需要的介質(zhì)，拿以太做參考系時麥克斯韋的電磁理論才成立今天看來，以太是某一特殊參考系的代表麥克爾遜實(shí)驗(yàn)表明不存在這樣(zhyng)的特殊參考系，實(shí)際上就是宣布宇宙間不存在以太

4、麥克爾遜實(shí)驗(yàn)(shyn)第7頁/共30頁第八頁，共31頁。狹義相對論的兩個(lin )假設(shè) 上述的矛盾使我們面臨兩個選擇，要么放棄麥克斯韋的電磁理論，要么否定特殊(tsh)參考系的存在愛因斯坦選擇了后者并提出了兩個假設(shè)：第8頁/共30頁第九頁，共31頁。同時(tngsh)的相對性v車廂(chxing)長度是5400000km車廂運(yùn)行(ynxng)速度240000km/s 車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達(dá)前后車廂的先后是不一樣的第9頁/共30頁第十頁，共31頁。同時(tngsh)的相對性點(diǎn)擊(din j)觀看動畫第10頁/共30頁第十一頁，共31頁。同時(tngsh)的相對性第11頁/

5、共30頁第十二頁，共31頁。時間(shjin)間隔的相對性 高速運(yùn)行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，對于車上的人來說，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線(xi xin)傳播的第12頁/共30頁第十三頁，共31頁。時間(shjin)間隔的相對性對于(duy)車廂內(nèi)的人：對于(duy)車廂外的人：cht22224vcht2tch2tv21cvtt第13頁/共30頁第十四頁，共31頁。時間(shjin)間隔的相對性在站臺上看運(yùn)動(yndng)火車上的鐘在火車(huch)上看運(yùn)動站臺上的鐘第14頁/共30頁第十五頁，共31頁。長度(chngd)的相對性v車廂(chxing)

6、運(yùn)行速度240000km/s車上的人看到的車廂(chxing)的長度：車外的人看到的車廂的長度：llll21cvll第15頁/共30頁第十六頁，共31頁。時空相對性的實(shí)驗(yàn)(shyn)驗(yàn)證21cvtt21cvll當(dāng)兩個參考系的相對速度可與光速相比時，時間與空間(kngjin)的相對性才比較明顯 狹義相對論的結(jié)論已經(jīng)完全(wnqun)得到證實(shí)，實(shí)際上它已經(jīng)成為微觀粒子研究的基礎(chǔ)之一第16頁/共30頁第十七頁，共31頁。時空相對性的實(shí)驗(yàn)(shyn)驗(yàn)證 根據(jù)相對論，時間在運(yùn)動中會進(jìn)行(jnxng)的比較緩慢，也就是說，在空間中高速移動的時鐘，比固定于地面上的時鐘走得慢1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在

7、噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對照實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論(lln)預(yù)言符合的很好這是相對論的第一次宏觀驗(yàn)證第17頁/共30頁第十八頁，共31頁。時空相對性的實(shí)驗(yàn)(shyn)驗(yàn)證 早在1941年，科學(xué)家通過對宇宙線的觀測證實(shí)了相對論的結(jié)論，美國(mi u)科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中子的數(shù)量，結(jié)果與相對論預(yù)言完全一致第18頁/共30頁第十九頁，共31頁。狹義相對論的其他(qt)三個結(jié)論下面，我們學(xué)習(xí)狹義相對論的三個重要(zhngyo)結(jié)論相對論的速度(sd)疊加公式相對論質(zhì)量質(zhì)能方程第19頁/共30頁第二十頁，共31頁。相對論的速度(sd)疊加公式v車廂(chxing)運(yùn)行速度2

8、40000km/su車外的人看到車上人相對地面(dmin)的速度為：21cvuvuu第20頁/共30頁第二十一頁，共31頁。相對論質(zhì)量(zhling) 物體(wt)的運(yùn)動速度不能無限增加，那么物體(wt)的質(zhì)量是否隨著速度而變化？ 嚴(yán)格的論證(lnzhng)表明，物體高速（與光速相比）運(yùn)動時的質(zhì)量與它靜止時的質(zhì)量之間有下面的關(guān)系：201cvmmm為運(yùn)動質(zhì)量m0為靜止質(zhì)量第21頁/共30頁第二十二頁，共31頁。相對論質(zhì)量(zhling) 微觀粒子的速度很高，它的質(zhì)量明顯的大于靜止(jngzh)質(zhì)量在研究制造回旋加速器時必須考慮相對論效應(yīng)的影響1988年，中國第一座高能粒子加速器北京(bi jn)

9、正負(fù)電子對撞機(jī)首次對撞成功第22頁/共30頁第二十三頁，共31頁。物體的能量(nngling)和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)系： 物體的能量和質(zhì)量之間存在(cnzi)密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：2mcE 愛因斯坦質(zhì)能方程(fngchng)這就是著名的質(zhì)能方程第23頁/共30頁第二十四頁，共31頁。 質(zhì)能方程表達(dá)(biod)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量之間的關(guān)系.0EEEk質(zhì)能方程(fngchng)2mcE 物體(wt)的動能運(yùn)動時的能量靜止時的能量201cvmm2021vmEk在v c時的一種近似這就是動能表達(dá)式第24頁/共30頁第二十五頁，共31頁。0EEEk質(zhì)能方程(fngchng)2mcE 202

10、201cmcvcmEk具體推導(dǎo)過程(guchng)如下：200cmE 1cv222111cvcv2220202021121cvcvcmcmcmEk2021vm第25頁/共30頁第二十六頁，共31頁。質(zhì)能方程(fngchng)2021vmEk第26頁/共30頁第二十七頁，共31頁。相對論的時空觀什么是時間？什么是空間？時間和空間有什么性質(zhì)？經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對的，空間和時間之間是沒有聯(lián)系的，相對論則認(rèn)為有物質(zhì)才有空間和時間，空間和時間與物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)我們(w men)生活在低速運(yùn)動的世界里，因此自然而然地接受了經(jīng)典的時空觀，過去誰都沒有意識到時間與空間的性質(zhì)，只有當(dāng)新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)引出的結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致時，人們才回過頭來認(rèn)真思考過去對于空間和時間的認(rèn)識第27頁/共30頁第二十八頁，共31頁。相對論的時空觀經(jīng)典物理學(xué)建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，它的結(jié)論又受到無數(shù)次實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)雖然相對論具有普遍性，但是經(jīng)典物理學(xué)作為它在低速(d s)運(yùn)動時的特例，在自己的適用范圍內(nèi)還將繼續(xù)發(fā)揮作用第28頁/共30頁第二十九頁，共31頁。中央(zhngyng)電教館資源中心制作高中物理第29頁/共30頁第三十頁，共31頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)會計(jì)學(xué)。光速恒定的特性，同運(yùn)動的相對