【課件】第5章 科學進步無止境

魯科2019版必修第二冊第5章

科學進步無止境什么是時間？什么是空間？時間和空間有什么性質？經典物理學對這些問題并沒有正面回答。但是從它對問題的處理上，我們體會到經典物理學認為空間和時間是脫離物質而存在的，是絕對的，空間與時間之間也是沒有聯系的。那么，相對論的時空觀是否也這樣認為呢？激趣誘思19世紀末物理學取得了巨大的成就：牛頓力學熱力學統(tǒng)計物理學電磁場理論形成了完整的物理學體系，并被贊譽為：“一座莊嚴雄偉的建筑體系和動人心弦的美麗廟堂”

在1900年英國皇家學會的新年慶祝會上，著名的物理學家，威廉·湯姆孫，回顧了物理學在過去幾百年中的發(fā)展，充滿自信地宣稱：科學的大廈已經基本完成，未來的物理學家只要做一些修修補補的工作就可以了。但同時他也承認“明朗的天空中還有兩朵小小的、令人不安的烏云”。量子理論誕生相對論誕生與光速問題有關與黑體輻射有關正是這兩朵小小的烏云，沖破了經典物理學的束縛，打消了當時絕大多數物理學家的盲目樂觀情緒，為后來建立近代物理學的理論基礎作出了貢獻。相對論.mp4一、經典時空觀

描述一個物體的運動必須選擇一個參考系，然后研究這一物體相對于參考系是如何運動的。1.所有相對于慣性系做勻速直線運動的參考系都是慣性系?！ｎD運動定律成立的參考系2.對于所有的慣性系，力學規(guī)律都是相同的，或者說，一切慣性系都是等效的，這一結論稱為伽利略相對性原理。3.經典時空觀（絕對時空觀）

時間和空間彼此獨立、互不關聯，且不受物質或運動的影響。4.經典力學的幾個基本結論①同時的絕對性②時間間隔的絕對性③空間距離的絕對性當拋出的物體與汽車的行駛速度同向時,觀察者認為小球的速度為V2+V1當拋出的物體與汽車的行駛速度反向時,觀察者認為小球的速度為V2-V1絕對時空觀的速度合成5.經典時空觀的困惑光速恒定的特性，同運動的相對性原理之間似乎產生了矛盾？但是實驗現象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的．v光速＝光速＝由于受牛頓絕對空間和絕對時間的觀念長期支配的影響，物理學界中多數人認為，光波的傳播介質是“以太”，這種介質密度極小、絕對靜止，充滿宇宙空間?！耙蕴闭娴拇嬖诿?？邁克爾孫-莫雷實驗入射光以太風實驗現象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的。“以太”是不存在的！牛頓經典力學受到沖擊愛因斯坦不存在特殊的慣性參考系。無論是力學規(guī)律還是電磁規(guī)律，它們對任何慣性參考系都是一樣的。相對性原理對一切自然規(guī)律都適用?！胺裾J以太的存在”在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的(與光源觀察者相對運動沒關系)。二、狹義相對論的兩個基本假設1、相對性原理2、光速不變原理對兩個基本原理的正確理解①自然規(guī)律不僅包括力學規(guī)律，還包括電磁學規(guī)律等其他所有的物理學規(guī)律；②強調真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運動，也不依賴于光的傳播方向③幾十年來科學家采用各種先進的物理技術測量光速，結果都不違背光速不變原理。vv在運動的火車上的鐘表顯示，做一個物理實驗需要15分鐘記為；地面上觀察者手里所拿的鐘表顯示時間要大于15分鐘，記為。三、相對論神奇時空：1.時間延緩效應

思考：（1）為什么會“運動的時鐘”變慢了？一個物理過程經歷的時間，在不同的參考系中，測量不一定相同。與之相靜止的參考系測得的時間最短，稱為固有時；與之有相對運動的參考系測得的時間變長，相對速度越大，時間延緩效應越明顯。（2）這種現象說明了什么？不能脫離物體的運動來理解時間。（3）這兩個時間有什么關系？（4）經典物理學的結論還準確么？在宏觀低速問題中，這種時間延緩效應完全可以忽略，對經典物理學的研究不造成影響。相對論神奇時空：2.長度收縮效應

車上的人看到的桿的長度：l0車外的人看到的桿的長度：ll<l017O′X′Y′OXY●特別注意：長度縮短效應只發(fā)生在相對運動的方向上，如上例中的X軸方向上，在Y軸方向上無長度縮短效應。v思考：為什么我們平時觀察不到這種長度收縮效應？因為我們生活在比光速低很多的低速世界里，長度收縮效應可忽略不計。 物體的能量和質量之間存在密切的聯系，他們的關系是：相對論神奇時空：3.質能方程能量質量光速隨著物體質量的減少，它會釋放出一定的能量。核能時代拓展一步：質速關系閱讀課文108頁愛因斯坦的廣義相對論認為，由于物質的存在，空間和時間會發(fā)生彎曲。天地之間的引力作用是時空彎曲的結果。巨大質量的物體使時空彎曲相對論神奇時空：4.時空彎曲相對論神奇時空：4.時空彎曲通常物體的引力場都太弱，20世紀只能觀測到太陽引力場