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课件网) 相对论时空观与牛顿力学的局限性 至少需要接收几颗卫星的信号才能准确定位？ 北斗卫星导航系统 1 爱因斯坦狭义相对论的基本假设 知道爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。 3 牛顿力学的局限性 知道牛顿力学只适用于低速、宏观物体的运动 学习目标 2 相对论时空观 知道同时的相对性和长度、时间间隔相对性的表达式 时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。 绝对时空观 “绝对空间，就其本性来说，与任何外在的情况无关，始终保持着相似和不变。” “绝对的纯粹的数学的时间，就其本身和本性来说，均匀地流逝而与任何外在的情况无关。” ———牛顿 《自然哲学的数学原理》 牛顿 绝对时空观 经典力学中的速度变换关系 ! 光在真空中的速度不依赖于参考系。 狭义相对论产生的历史背景 牛顿力学与电磁场理论的冲突 麦克斯韦 反光镜 C 反光镜 B 分光镜 A 观测屏 D 光源 S 迈克尔孙—莫雷实验 狭义相对论产生的历史背景 1887年，迈克尔孙和莫雷在美国克利夫兰用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速差值。实验结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的！ 光速在不同惯性系和不同方 向上都是相同的！ 在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的。 狭义相对论的两个假设 真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。 狭义相对论的相对性原理 光速不变原理 光速具有绝对性。问题出现在绝对时空观念上。 史实资料———说明光速不变 九百多年前，有一次非常著名的超新星爆发事件，当时北宋王朝的天文学家做了详细的记载。 据史书称：爆发出现在宋仁宗至和元年（1504年）五月。在开始的二十三天中这颗超新星非常之亮，白天也能在天空上看得到它，随后逐渐变暗，直到嘉佑元年（1056年）三月，才不能为肉眼看见，前后历时二十二个月。这次爆发的残骸就形成了著名的金牛座中的星云,叫做蟹状星云。 蟹状星云 任务一 阅读资料，回答问题 史实资料———说明光速不变 当恒星发生超新星爆发时，它的外围物质向四面八方飞散。有些爆发物会向着地球运动，如图A处，有些则在垂直方向运动，如图B处。 (1) 如果光速服从经典的速度变换关系，试估算A、B处的强光到达地球的时间差。 (2) 将上述结果与史实对比，说明了什么？ 地球 超新星 A B 光年 史实资料———说明光速不变 地球 A B 超新星 解：(1) 如果光速服从经典的速度变换关系，那么A点向我们发出的光的速度是 ，而B点向我们发来的光的速度大约仍是，这样，由A点发的光到达地球的时间是 ，由B点发的光到达地球的时间是 ，代入 、的数值，得 年。 史实资料———说明光速不变 地球 A B 超新星 (2) 如(1)所述， 我们至少在25年的时间内都可以看到爆发时产生的强光。然而，历史记载，岁余稍没，一年多就看不见强光了。这就证明光速并不遵从经典的速度变换关系。 相对论时空观———同时的相对性 在车厢参考系系（惯性系）中观察： 系观察，光信号同时到达车厢前后壁。 物理规律： 系 在地面参考系系（惯性系）中观察： 物理规律 形式不变 系 系 在系观察，光信号先到达后壁，后到达前壁 结论： “同时”是相对的，它决定于选用哪一个参考系。当参考系变化时，同时的事件可能变成不同时。 相对论时空观———同时的相对性 相对论时空观———时间延缓效应 反射板 雷达 相对论时空观———时间延缓效应 甲 乙 在S系中测量发生在S系中的事件，测得的时间为原时。 站在甲的立场： 甲钟 原时 相对论时空观———时间延缓效应 原时 甲钟 站在甲的立场： 乙钟 甲的结论是：乙钟比我的钟慢了。 相对论时空观———时间延缓效应 站在甲的立场： 动时 相对论时空观———时间延缓效应 乙钟 站在乙的立场： 乙钟 原时 甲 ... ...
