5.1牛顿力学的局限性与相对论初步课件-2021-2022学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册(共47张PPT)

(课件网) 牛顿力学的局限性与相对论初步 1. 牛顿经典力学的成就 伽利略 笛卡尔 哥白尼 开普勒 胡克 ①牛顿运动定律 ②牛顿万有引力定律 ③牛顿光学 经典物理学涵盖了生活的方方面面 牛顿力学基于绝对的时空观 1860年代，麦克斯韦通过计算，从方程组中导出了自由空间中电场强度E和磁感应强度B的波动方程，推出电磁波传播速度 麦克斯韦电磁波理论 韦伯与赫兹等人测定，电磁波的传播速度与已知的光速吻合，表明“光的本质是电磁波”。 1879年，迈克尔逊测得 c＝299850 km/s 爱因斯坦的“追光” 思想实验 1879年，阿尔伯特·爱因斯坦出生于德国，后移居瑞士。 2. 相对论时空观 1900年，英国物理学家W．汤姆逊（开尔文勋爵）讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，” “第一朵乌云出现在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。” 经典物理学的“两朵乌云” 第一朵乌云主要是指：“迈克耳逊－莫雷实验”与“以太漂移说”的矛盾； 以太漂移说 v=30 km/s c’ = c + v c’ = c - v 光速的叠加 迈克尔逊-莫雷实验 (1887) 迈克尔逊-莫雷实验的零结果表明，光速在不同的参考系中保持不变。 光源 伽利略变换 v’=v+v0 光速不满足伽利略变换 v 洛伦兹变换 庞加莱原理 1）物体不可能获得大于光速的速度 2）物理定律在所有惯性系中都是等价的 3）平动的物体在位移方向上会发生形变 1896年10月，爱因斯坦进入苏黎世工业大学学习数学和物理学。1902年开始在瑞士伯尔尼专利局担任技术员。 1905年6月，爱因斯坦完成了长篇论文《论动体的电动力学》，完整的提出了狭义相对论。 1) 物理定律在所有参考系中有相同的形式。 2) 在任意给定的惯性系中，光速c总是一样的，而与发光体是否静止或匀速运动无关。 时间延缓效应 长度收缩效应 L L’ 【思考】宇宙射线撞击地球大气后，在100km处会产生高能粒子簇，其中就包括μ子。但μ子不稳定，平均寿命只有2.2微妙，就算以光速旅行也只能行进660m，根本不足以到达地球表面。但是人们在地面上却检测到了大量的μ子，这是为什么呢？ 由于相对论，在我们外部的观察者来看，时间膨胀效应大大延长了μ子的飞行距离。若μ子速度v=0.999c 《星际穿越》中的时间膨胀 加速参考系 重力加速度 爱因斯坦于1907年提出广义相对论的两个基本原理: （1）物体在引力场中的加速度与同等加速参考系中的效果等价； （2）物理定律对于所有的参考系都是成立的。 爱因斯坦于1915年完成广义相对论的建立，采用黎曼几何的张量形式，给出普遍协变的引力场方程。 时空告诉物质如何运动；物质告诉时空如何弯曲. ———John Wheeler 广义相对论的几个推论 （1）水星近日点的进动 （2）光线在引力场中的弯曲 （3）光谱线的引力红移 1919年日食，爱丁顿等人证实光线经过太阳时发生偏折 牛顿力学适用于宏观低速范围，而相对论是对牛顿力学的推广。 3. 宇宙起源和演化 19世纪之前，人们认为宇宙是恒定不变的 超新星爆发作为“标准蜡烛”确定星系的距离d 光通量=发光强度/(4πd2) 利用星云的“多普勒红移”推测出星云远离的速度v 哈勃定律：星系退行的速度与其到我们的距离成正比 v = H0d 宇宙在加速膨胀！ H0 ~ 21.8 km/s/million light years = 7.27 x10-11 year-1 1/H0 = 1.38x1010 year = 138 亿年 宇宙年龄 宇宙大爆炸理论 宇宙微波背景辐射(CMB) 彭齐亚斯和威尔逊于1965年证实CMB为2.7K 宇宙的未来命运 课堂小结 牛顿经典力学的成就：牛顿力学基于绝对的时空观，发展完备的经典物理学可以很好的描述力、热、电、光等各方面的现象，取得了巨大的成就。 20世纪初，物理学迎来了大变革 ... ...