新人教版高中物理选修3-4 15.1 相对论的诞生(共15张PPT)

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”
与黑体辐射有 关 与光速问题有 关
真空中的光速在不同的 惯性参考系中都是相同的， 光速与光源、观察者间的 相对运动没有关系 。
物体的位移、速度以及电场强度、磁 感应强度等物理量都有可能因为选择 参考系不同而不同，但它们遵从的物 理规律都是同样的。
爱因斯坦理论带来了观念上的变革：
牛顿力学：时间、长度、质量、作用力的测量均与参照系无关。 狭义相对论： 时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关。
量子理论诞生 相对论诞生
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。
第十五章 相对论简介
15.1 相对论的诞生
本节主要内容
• 相对论诞生的历史环境 • 经典的相对性原理，以及它在电磁学领域里遭遇的困惑 • 爱因斯坦在已有知识背景和实验基础上，通过思维的自由 创造，大胆提出两条假设：狭义相对性原理和光速不变原 理
伽利略相对性原理是作为基本假 设提出来的，它之所以为人们接受承 认，一方面是因为牛顿力学在解决力 学问题上获得的巨大成功；另一方面 是因为它与人们的经验相符。 但是十九世纪，人们在研究与物 体运动有关的电磁现象时，发现电磁 现象的规律不符合相对性原理。 其中最典型的就是光速的问题。
二、相对性原理与电磁规律
• 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”
普朗克：“老师，我准备 把我的一生都献给理论物 理学。”
老师：“年轻人，物理学是一门已经完成 了的学科，不会再有多大的发展了。将一 生献给这门学科，太可惜了。”
早在1895年(16岁,上中学)时上以光速c前进，追随一条光线运动，看到的光 将是怎样的景象？
时间、空间是什么，别人在很小 的时候就搞清楚了，我智力发展迟缓， 长大了还没有搞清楚，于是一直揣摩 这个问题，结果也就比别人钻研得更 深一些。 －－－爱因斯坦
只有两种可能：
（1）摆脱麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯 性系成立。 （2）经典力学要作修改。
爱因斯坦
否认以太的存在
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。
两个基本假设
在不同的惯性参考系中，一 切物理规律都是相同的。
• 19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达 到了顶峰。 电磁波的速度等于光速C，并不涉及参考系的 问题。 “电磁波的速度是C”这本身就是电磁规律的 一部分。 麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？
迈克耳孙-莫雷: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。
一、经典的相对性原理
1、惯性系： 牛顿运动定律成立的参考系 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考 系也是惯性系 2、伽利略相对性原理 “相对于不同的参考系，经典力学定律的表达 力学规律在任何惯性系中都是相同的 形式是否完全相同？” 还可表述为：在一个惯性参考系内进行的任何力 牛顿力学的回答 : 学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个 惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都 是平权的。 对于任何惯性参照系 ，牛顿力学的规律都具 有相同的形式。这就是经典力学的相对性原理。