高中物理 15.1《相對(duì)論的誕生》 新人教選修34

第十五章相對(duì)論簡介15.1相對(duì)論的誕生.一、問題的提出如果有人對(duì)你說：“你頭腦中的一些概念是不科學(xué)的．”你相信嗎？.一、問題的提出人們頭腦中的概念從科學(xué)性來講，可以分為兩類：第一類是科學(xué)的：第二類是經(jīng)驗(yàn)的，但不是科學(xué)的．.一、問題的提出請問：1、標(biāo)準(zhǔn)尺的長度靜止時(shí)和運(yùn)動(dòng)時(shí)的長度是一樣嗎？2標(biāo)準(zhǔn)鐘的快慢運(yùn)動(dòng)時(shí)和靜止時(shí)是一樣嗎？在高山頂和山谷是一樣嗎？.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律1、空間：人們通常所說的空間量，不外乎線的長度、平面物曲面的面積、形體的體積等等．它們都可以用標(biāo)準(zhǔn)尺來量度．.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律2、時(shí)間：通常，時(shí)間不外乎兩個(gè)事件的時(shí)間間隔、一個(gè)事件比另一個(gè)事件發(fā)生得早些或晚些、兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生等等．原則上時(shí)間都可以用標(biāo)準(zhǔn)鐘來量度．.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律3牛頓在他所著的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中寫道：絕對(duì)的空間，本質(zhì)上是與外界無關(guān)的，是同一的和靜止的．絕對(duì)的時(shí)間，本質(zhì)上是一種與外界物體無關(guān)的均勻流動(dòng)．這就是牛頓力學(xué)中的絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間概念．.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律4、空時(shí)坐標(biāo)（1）空間坐標(biāo)：需要3個(gè)空間量．比如：（x、y、z）．（2）空時(shí)坐標(biāo)：需要4個(gè)數(shù)．比如：（x、y、z、t）．.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律5、速度合成法則：（1）伽利略變換式：設(shè)有兩個(gè)參考系S和作勻速運(yùn)動(dòng)，且S/相對(duì)S沿X軸以速度v運(yùn)動(dòng)．則事件P在兩坐標(biāo)系中變換關(guān)系是.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律5、速度合成法則：（2）速度合成法則：設(shè)質(zhì)點(diǎn)在在S/中的速度為u/，則在S中的速度為u=u/+v.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律6、慣性系：牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系．凡是相對(duì)于慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系．.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律7、牛頓力學(xué)中的相對(duì)性原理：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的數(shù)學(xué)形式在所有的慣性系中都是相同的，或者說，牛頓運(yùn)動(dòng)定律的數(shù)學(xué)形式在伽利略變換是不變的．.二、幾個(gè)經(jīng)典概念和規(guī)律7、牛頓力學(xué)中的相對(duì)性原理：（其它表述）（1）在任何兩個(gè)慣性系中做同一個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)都會(huì)得到相同的結(jié)果；（2）用任何力學(xué)方法都無法將兩個(gè)慣性系分開；（3）對(duì)于描述力學(xué)現(xiàn)象，所有的慣系都是平權(quán)的．.三、經(jīng)典物理學(xué)的困難1、在經(jīng)典物理學(xué)中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠描述所有力學(xué)現(xiàn)象．2、在電磁學(xué)領(lǐng)域，麥克斯韋電磁場理論能描述所有的電磁學(xué)現(xiàn)象．并指出：在任一慣性系中，光速各向同性，大小都等于c．3、問題：假設(shè)光S在中的速度是c，它在S/中的速度是多少？.但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，光速都是恒定的．v光速＝光速＝.

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(shí)所需要的介質(zhì)，拿以太做參考系時(shí)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)表明不存在這樣的特殊參考系，實(shí)際上就是宣布宇宙間不存在以太．麥克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn).這一結(jié)論還特別為后來的很多精確的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，最著名的是1887年邁克爾遜和莫雷所做的實(shí)驗(yàn)。它們都明確無誤地證明光速的測量結(jié)果與光源和測量者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)，亦即與參照系無關(guān)?？梢姽夂碗姶挪ǖ倪\(yùn)動(dòng)不服從伽利略相對(duì)原理.任何參照系中測得的光在真空的速率都應(yīng)該是一樣的．.當(dāng)時(shí)人們?yōu)榱私鉀Q這個(gè)困難，提出了三種可能：（1）麥克斯韋電磁理論有錯(cuò)，正確的電磁方程組應(yīng)滿足伽利略不變性。（2）牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁理論都對(duì)，但麥克斯韋電磁理論只在某一特殊的慣性系成立。（3）牛頓力學(xué)與伽利略變換不對(duì)，應(yīng)存在某種變換，麥克斯韋電磁理論在這種新的變換下具有不變性。這意味著經(jīng)典牛頓力學(xué)要作修改，修改后的力學(xué)方程在新的變換下具有不變性。.上述的矛盾使物理學(xué)家面臨兩個(gè)選擇，一是修正現(xiàn)有的理論，去迎合實(shí)驗(yàn)結(jié)果（這相對(duì)比較容易，但常常無效）；另一種主張徹底擺脫“麥克斯韋電磁理論只適用于某一特殊的慣性系”，創(chuàng)立全新的理論。愛因斯坦、龐加萊等人選擇了后者．并提出了兩個(gè)假設(shè)：.四、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)1、狹義相對(duì)性原理在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的2、光速不變原理真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系。.對(duì)兩個(gè)基本原理的正確理解①自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律；②真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)，也不依賴于光的傳播方向③幾十年來科學(xué)家采用各種先進(jìn)的物理技術(shù)測量光速，結(jié)果都不違背光速不變原理。.相對(duì)論的時(shí)空觀念與人們固有的時(shí)空觀念差別很大，很難被普通人所理解。人們都稱贊愛因斯坦偉大，但又常常弄不懂這偉大的內(nèi)容。這使人們想起英國詩人波譜歌頌牛頓的詩句:.自然界和自然界的規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說：“讓牛頓去吧，”于是一切都成為光明。后人續(xù)寫道:上帝說完多少年之后，魔鬼說：“讓愛因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:50PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見頻。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、比不了得就不比，得不到的就不要。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/2/32023/2/303February202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、沒有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:50PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、世間成事，不求其絕對(duì)圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、楚塞三湘接，荊門九派通。。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/2/32023/2/303February202317、空山新雨后，天氣晚來秋。。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/39、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:24:50PM11、越是沒有本領(lǐng)的就越加自命不凡。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯(cuò)兒。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強(qiáng)。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于提升自我。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/32023/2/303February202317、一個(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2023/2/32023/2/3