5.1-5.3初识相对论、相对论的神奇时空、探索宇宙的奥秘 课件 (共35张PPT) 高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

(课件网) 第 节 1、2、3 初识相对论 相对论中的神奇时空 探索宇宙的奥秘 高中物理 必修第二册 第5章 1.了解相对性原理和光速不变原理。 2.初步了解相对论时空观的内涵。 3.能运用与相对论相关的初步知识解释高速世界的一些特点。 4.了解宇宙的起源与演化。 学习目标 什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么性质？经典物理学对这些问题并没有正面回答。但是从它对问题的处理上，我们体会到经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的。那么，相对论的时空观是否也这样认为呢？ 引入 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” 在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理学家，威廉·汤姆孙，回顾了物理学在过去几百年中的发展，充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。 但同时他也承认“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”。 量子理论诞生 相对论诞生 与光速问题有关 与黑体辐射有关 正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐观情绪，为后来建立近代物理学的理论基础作出了贡献。 一、经典时空观 描述一个物体的运动必须选择一个参考系，然后研究这一物体相对于参考系是如何运动的。 1.所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。 ———牛顿运动定律成立的参考系 2.对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的，这一结论称为伽利略相对性原理。 3.经典时空观（绝对时空观） 时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。 4.经典力学的几个基本结论 ①同时的绝对性 ②时间间隔的绝对性 ③空间距离的绝对性 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 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 绝对时空观的速度合成 5.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？ 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． v 光速＝ 光速＝ 为此很多物理学家设计了一系列实验，想要测出地球在“以太”中运动的速度。1887年的迈克耳孙—莫雷实验是最著名的一个：它们将一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动方向一致，另一束和地球运动方向垂直，然后使它们发生干涉。如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换（旋转干涉仪）时干涉条纹就会发生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响。 他们期待发现，这两束光的传播速度会有所不同，然而不管他们如何努力，精密的实验得到的结果却是两束光的速度没有预计的差别。 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？ 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。 “以太”是不存在的！ 牛顿经典力学受到冲击 迈克尔孙-莫雷实验 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。 爱因斯坦“否认以太的存在” 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 (与光源观察者相对运动没关系) 。 二、狭义相对论的两个基本假设 1、相对性原理 2、光速不 ... ...