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课件网) 第1节 初识相对论 第五章 科学进步无止境 教学目标 19世纪末物理学取得了巨大的成就： 牛顿力学 热力学 统计物理学 电磁场理论 形成了完整的物理学体系，并被赞誉为： “一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂” 新课引入 1900年，英国物理学家开尔文踌躇满志地宣告：在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。但是在这尽善尽美之中，还有一点小小的遗憾。用开尔文的话说，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的“乌云”。 “紫外灾难”，由经典理论得出的瑞利－金斯公式，在高频部分趋于无穷。 “以太漂移”，迈克尔逊－莫雷实验表明，以太不存在。 正是这两朵乌云(后来还出现了其它更多的乌云)，不久便掀起了物理学上深刻的革命：一个导致相对论的建立，一个导致量子力学的诞生。 迈克尔逊—莫雷实验 量子力学 狭义相对论 黑体辐射 光电效应 氢原子光谱 康普顿效应 经典力学 大厦将倾 当抛出的物体与汽车的行驶速度同向时， 观察者认为小球的速度为v2 +v1。 当抛出的物体与汽车的行驶速度反向时， 观察者认为小球的速度为v2 -v1。 绝对时空观的速度合成 经典时空观的困惑 光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾？ v 光速＝ c 光速＝c - v 但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的。 由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期支配的影响，物理学界中多数人认为，光波的传播介质是“以太”，这种介质密度极小、绝对静止，充满宇宙空间。 “以太”真的存在么？ 迈克尔孙-莫雷实验 入射光 以太风 实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的。 牛顿经典力学受到冲击 v v v 爱因斯坦 不存在特殊的惯性参考系。无论是力学规律还是电磁规律，它们对任何惯性参考系都是一样的。 相对性原理对一切自然规律 都适用。 “否认以太的存在” 1. 相对性原理： 所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。 即力学定律从一个惯性系换算到另一个惯性系时，定律的表述形式保持不变。 2. 光速不变原理：在一切惯性参考系中，测量到的真空中的光速 c 都一样 （ c = 3×108 m/s ）。 不管光源与观察者之间的相对运动如何，在任一惯性系中所测得的真空中的光速都是相等的。 爱因斯坦经过不懈的探索加上非凡的抽象思维能力，最终拨开了物理学天空中令人不安的“乌云”，提出了著名的相对论。他于 1905 年提出两个基本假设： 相对性原理表明：在某个惯性系中描述某个物理系统的某个物理过程的物理定律，在其他一切惯性系中对该系统该过程作出描述的物理定律皆保持形式不变。例如，在匀速飞行的飞机上观测，上抛小球的运动遵循匀变速直线运动的规律，那么在地面上（或在其他惯性参考系中 ）观测，上抛小球的运动仍遵循同样形式的匀变速直线运动的规律。 光速不变原理的理解 光速不变原理表明：在一切惯性系中观测在真空中传播的同一束光，不论沿任何方向，其速度大小都为c，与光源或观察者的运动无关。这一结论实际上已被大量的实验证实。 光速不变原理示意图 如图所示，假设在真空环境中，静止在匀速运行列车中的观测者与静立于地面的观测者，测得手电发出的光波的速度大小都是c。 初识相对论 经典时空观的困惑 迈克尔孙-莫雷实验 狭义相对论的两个假设 1.下列说法中不正确的是( ) A．只有静止的参照系是惯性系 B．由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选择任何惯性系 C．在不同的惯性系中，光速都是相同的 D．在一个惯性系内进行任何力学实验都不能判断它是否相对另一个惯性系做匀速直线运动 A 跟踪练习 2.（多选）牛 ... ...
