相对论的建立和发展要点45页PPT
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物理学史相对论的建立与发展.PPT
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2.3 狭义相对论被承认和接受的过程
由于人们的思想长期受到传统观念的束缚，一时难于接受 崭新的时空观，爱因斯坦的论文发表后，在相当长的一段时间 内受到冷遇，被人们怀疑甚至遭到反对。
在法国，直到1910年几乎没有人提到爱因斯坦的相对论。 在实用主义盛行的美国，最初十几年中也没有得到认真对待。 迈克耳孙至死（1931年）还念念不忘“可爱的以太”，认为相 对论是一个怪物。英国也不例外，在人们的头脑里以太的观念 太深了，相对论彻底否定以太的必要性，被人们看成是不可思 议的事。当时甚至掀起了一场“保卫以太”的运动。J.J.汤姆 逊在1909年宣称：“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造， 对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少”。
但是，直到19世纪还没有一个实验能直接证明以太的存在。 以太漂移实验给出了否定结果。这些结果促使人们对以太和绝 对坐标系的存在产生怀疑。
1.2 收缩假说的提出
迈克耳逊-默雷实验的零结果发表后，爱尔兰物理学家费 兹杰惹立即进行了思考。1889年，他向英国《科学》杂志投 稿，写到：“唯一可能协调这中对立的假说就是要假设物体 的长度回发生变化，其改变量跟穿过以太的速度与光速之比 的平方成正比。”
6
7
2.2 爱因斯坦建立狭义相对论的过程
早在16岁（1895年）时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题： “如果我以速度c（真空中的光速）追随光线运动，我应当看到这样 一条光线就好象一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是 依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。”这 是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。
然而，由于《科学》杂志不久就停刊了，这篇稿件虽然发 表但却鲜为人知，连费兹杰惹本人也不知道这篇稿件是否问 世。两年后，费兹杰惹去世，只是由于他的学生特劳顿多次 提到他的工作，人们才知道他比洛伦兹更早就提出了收缩假 说。
2.3 狭义相对论被承认和接受的过程
由于人们的思想长期受到传统观念的束缚，一时难于接受 崭新的时空观，爱因斯坦的论文发表后，在相当长的一段时间 内受到冷遇，被人们怀疑甚至遭到反对。
在法国，直到1910年几乎没有人提到爱因斯坦的相对论。 在实用主义盛行的美国，最初十几年中也没有得到认真对待。 迈克耳孙至死（1931年）还念念不忘“可爱的以太”，认为相 对论是一个怪物。英国也不例外，在人们的头脑里以太的观念 太深了，相对论彻底否定以太的必要性，被人们看成是不可思 议的事。当时甚至掀起了一场“保卫以太”的运动。J.J.汤姆 逊在1909年宣称：“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造， 对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少”。
但是，直到19世纪还没有一个实验能直接证明以太的存在。 以太漂移实验给出了否定结果。这些结果促使人们对以太和绝 对坐标系的存在产生怀疑。
1.2 收缩假说的提出
迈克耳逊-默雷实验的零结果发表后，爱尔兰物理学家费 兹杰惹立即进行了思考。1889年，他向英国《科学》杂志投 稿，写到：“唯一可能协调这中对立的假说就是要假设物体 的长度回发生变化，其改变量跟穿过以太的速度与光速之比 的平方成正比。”
6
7
2.2 爱因斯坦建立狭义相对论的过程
早在16岁（1895年）时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题： “如果我以速度c（真空中的光速）追随光线运动，我应当看到这样 一条光线就好象一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是 依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。”这 是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。
然而，由于《科学》杂志不久就停刊了，这篇稿件虽然发 表但却鲜为人知，连费兹杰惹本人也不知道这篇稿件是否问 世。两年后，费兹杰惹去世，只是由于他的学生特劳顿多次 提到他的工作，人们才知道他比洛伦兹更早就提出了收缩假 说。
相对论简介课件PPT
时间膨胀是由于观察同一个物理过程 的参照系之间时间测量标准不同所导 致的，与光速不变原理密切相关。
时间膨胀现象
当观察同一个物理过程的参照系之间 相对运动时，时间会变慢，即时间膨 胀现象。
长度收缩现象及解释
长度收缩定义
长度收缩是指观察同一个物体的 长度在运动的参照系中会比静止
的参照系中更短。
长度收缩现象
03 广义相对论主要内容
等效原理及其意义
01
02
03
等效原理的表述
在局部范围内，加速系中 的物理规律与均匀引力场 中的物理规律完全相同。
等效原理的意义
揭示了引力与加速系中惯 性力之间的等效性，为广 义相对论的建立奠定了基 础。
实验验证
通过自由落体实验、扭秤 实验等验证了等效原理的 正确性。
时空弯曲概念与模型
04 相对论在物理学领域应用
粒子物理学中相对论效应
粒子速度接近光速时，时间膨胀 和质量增加的现象变得显著。
相对论提供了描述高速粒子行为 的数学框架，如狄拉克方程等。
在粒子加速器和高能物理实验中， 必须考虑相对论效应对粒子轨迹
和能量的影响。
天文学中恒星演化模型
相对论对于理解恒星内部结构 和演化过程至关重要。
发展新的相对论应用领域
相对论在航空航天、全球定位系统等领域的应用已经取得了显著成效， 未来有望在更多领域发掘相对论的应用潜力。
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原子钟精确计时原理
利用原子能级跃迁时释放的精确频率作为计时标准，同时 考虑相对论效应对原子钟计时精度的影响，确保原子钟的 长期稳定性和准确性。
原子钟的应用
广泛应用于航空航天、通信、导航等领域，提高了时间计 量的准确性和精度。
相对论的诞生、时间和空间的相对性课件
● 答案： (1)2.25×10－7 s (2)3.75×10－7 s
应用相对论“效应”解题的一般步骤
●首先，应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度．其次， 明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运 动参考系中的观察结果，最后，应用“尺缩效应公式”或“时间 延缓效应公式”进行计算．
断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运 动． ●b．任何惯性参考系都是 平权 的．
● 2．狭义相对论的两个基本假设
● (1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是
一样．的
● (2)两个基本假设
狭义相对性 在不同的 惯性 参考系中，一切物理
原理
规律都是 相同 的
光速不变原 真空中的光速在不同的惯性参考系
＝
1Δ－τ vc2中，Δτ 是相对事件发生地静止的观察者测量同
一地点的两个事件发生的时间间隔，而 Δt 是相对于事件发
生地以速度 v 运动的观察者测量同一地点的同样两个事件
发生的时间间隔．也就是说：在相对运动的参考系中观测，
事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时
间膨胀．
●3．理解要点：
●(2)相对论时空观：空间和时间与物质的 运动状态 有关．
●1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于 这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．牛顿运 动定律不成立的参考系称为非惯性系．
●2．伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的，即 任何惯性参考系都是平权的．
●(3)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度 小．
●3．时间间隔的相对性
●(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的
应用相对论“效应”解题的一般步骤
●首先，应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度．其次， 明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运 动参考系中的观察结果，最后，应用“尺缩效应公式”或“时间 延缓效应公式”进行计算．
断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运 动． ●b．任何惯性参考系都是 平权 的．
● 2．狭义相对论的两个基本假设
● (1)实验基础：不论光源与观测者做怎样的相对运动，光速都是
一样．的
● (2)两个基本假设
狭义相对性 在不同的 惯性 参考系中，一切物理
原理
规律都是 相同 的
光速不变原 真空中的光速在不同的惯性参考系
＝
1Δ－τ vc2中，Δτ 是相对事件发生地静止的观察者测量同
一地点的两个事件发生的时间间隔，而 Δt 是相对于事件发
生地以速度 v 运动的观察者测量同一地点的同样两个事件
发生的时间间隔．也就是说：在相对运动的参考系中观测，
事件变化过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时
间膨胀．
●3．理解要点：
●(2)相对论时空观：空间和时间与物质的 运动状态 有关．
●1．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于 这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．牛顿运 动定律不成立的参考系称为非惯性系．
●2．伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的，即 任何惯性参考系都是平权的．
●(3)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度 小．
●3．时间间隔的相对性
●(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的
第十五第一相对论的诞生-精选.ppt
2 ） 但是正是这个实验提醒人们必须重新审查被视为 “神圣”的经典物理学的根基：光的波动说理论和 麦克斯韦电磁理论都是建立在以太基础之上的。
3 ） 迈克耳逊为此而获得1907年的诺贝尔物理学奖， 他也是获得此奖的第一位美国人。
对实验“零结果”的几种解释
(1) 地球相对以太静止论 地球为绝对参照系，光速在地球上恒为 C 且各向同性。这样显然光程差为零， 在地球上实验条纹不移动。但此解释必 然得出地球是宇宙中心的结论，同时太 阳光在地球周围各向同性，但太阳相对 地球运动，仍不符合经典速度合成。
(3)发射理论
静止光源光速为C，运动光源光速改变，且各向同性。 这样在地球上用静止光源做实验，条纹当然不移动。 麦氏方程在地球上精确成立，但在以太中形式不同。 仍认为以太存在，这样阳光在地球上不为C。
这一说法与双星实验相矛盾。若光速与光源运动有 关，则在1处光速相对地球为C+v，2处光速相对地球 为C－v。在同一时刻观看B星不应是一亮点。B星不 同时刻发出的光在同一时刻到达地球，拍摄照片应 是一条很短的亮线。但实验结果均为亮点，说明光 速与光源运动无关。1924年用日光做迈氏实验，仍 然无移动，证明双星实验正确。
(4)收缩假定（1892年洛仑兹—菲兹杰拉德 )
迈克耳逊-莫雷实验的零结果大大震惊了当时 的物理学家们，他们无法相信根本不存在以太 这种东西。 为了维护以太理论，一些科学家又提出了各种 不同的假设来解释迈克耳逊-莫雷实验
菲兹杰拉德
1. 1892年爱尔兰物理学家菲兹杰拉德（1851-1901） 对迈克耳逊-莫雷实验的零结果提出了一种新奇的解 释。他认为地球穿过以太运动，一切物体都要在运 动方向上产生一定比例的收缩，即 1 v 2 的比例收
迈克耳逊先单独做了一 个实验来测量地球穿过 以太的效应，1881年他 发表结果说没有发现地 球相对于以太的可以检 测的运动。
3 ） 迈克耳逊为此而获得1907年的诺贝尔物理学奖， 他也是获得此奖的第一位美国人。
对实验“零结果”的几种解释
(1) 地球相对以太静止论 地球为绝对参照系，光速在地球上恒为 C 且各向同性。这样显然光程差为零， 在地球上实验条纹不移动。但此解释必 然得出地球是宇宙中心的结论，同时太 阳光在地球周围各向同性，但太阳相对 地球运动，仍不符合经典速度合成。
(3)发射理论
静止光源光速为C，运动光源光速改变，且各向同性。 这样在地球上用静止光源做实验，条纹当然不移动。 麦氏方程在地球上精确成立，但在以太中形式不同。 仍认为以太存在，这样阳光在地球上不为C。
这一说法与双星实验相矛盾。若光速与光源运动有 关，则在1处光速相对地球为C+v，2处光速相对地球 为C－v。在同一时刻观看B星不应是一亮点。B星不 同时刻发出的光在同一时刻到达地球，拍摄照片应 是一条很短的亮线。但实验结果均为亮点，说明光 速与光源运动无关。1924年用日光做迈氏实验，仍 然无移动，证明双星实验正确。
(4)收缩假定（1892年洛仑兹—菲兹杰拉德 )
迈克耳逊-莫雷实验的零结果大大震惊了当时 的物理学家们，他们无法相信根本不存在以太 这种东西。 为了维护以太理论，一些科学家又提出了各种 不同的假设来解释迈克耳逊-莫雷实验
菲兹杰拉德
1. 1892年爱尔兰物理学家菲兹杰拉德（1851-1901） 对迈克耳逊-莫雷实验的零结果提出了一种新奇的解 释。他认为地球穿过以太运动，一切物体都要在运 动方向上产生一定比例的收缩，即 1 v 2 的比例收
迈克耳逊先单独做了一 个实验来测量地球穿过 以太的效应，1881年他 发表结果说没有发现地 球相对于以太的可以检 测的运动。
相对论ok课件PPT
实验验证与推广
相对论预言得到多次实验验证，并逐步推广到广义相对论和量子力 学等领域。
相对论的基本假设与原理
01
02
03
光速不变原理
无论在何种惯性参考系中， 光在真空中的速度都是不 变的。
相对性原理
物理定律在所有惯性参考 系中都是一样的。
质能等价原理
质量和能量是等价的，可 以相互转化。
相对论的重要意义
相对论ok课件
• 相对论简介 • 狭义相对论 • 广义相对论 • 相对论的应用 • 相对论的未来发展
01
相对论简介
相对论的起源与发展
19世纪末物理学危机
经典物理学无法解释光速不变和米氏-摩雷森实验结果，引发物理 学危机。
洛伦兹变换与相对论的提出
爱因斯坦提出两个基本假设，通过洛伦兹变换推导出时间膨胀和长 度收缩等相对论效应。
黑洞与宇宙大爆炸都是广义相对论的重要预言和研究对象，对于深入理解宇宙的本质和演化 具有重要意义。
广义相对论中的实验验证
广义相对论预言的光线弯曲、引力红移、雷达回波延迟等效 应都得到了实验验证，进一步证实了广义相对论的正确性和 可靠性。
近年来，随着技术的不断进步，科学家们通过更精确的实验 设备和方法对广义相对论进行了更深入的验证，例如利用激 光干涉测量技术测量引力波等。这些实验结果进一步证实了 广义相对论的预言和理论框架的正确性。
狭义相对论中的质能关系
狭义相对论提出了著名的质能关系公式E=mc^2，其中E表示能量，m表示质量，c表示光速。 这个公式表明质量和能量之间存在等价关系，即物体所具有的能量与其质量成正比，且与光 速的平方成正比。这一公式为后来的核能和原子能研究提供了理论基础。
03
广义相对论
相对论预言得到多次实验验证，并逐步推广到广义相对论和量子力 学等领域。
相对论的基本假设与原理
01
02
03
光速不变原理
无论在何种惯性参考系中， 光在真空中的速度都是不 变的。
相对性原理
物理定律在所有惯性参考 系中都是一样的。
质能等价原理
质量和能量是等价的，可 以相互转化。
相对论的重要意义
相对论ok课件
• 相对论简介 • 狭义相对论 • 广义相对论 • 相对论的应用 • 相对论的未来发展
01
相对论简介
相对论的起源与发展
19世纪末物理学危机
经典物理学无法解释光速不变和米氏-摩雷森实验结果，引发物理 学危机。
洛伦兹变换与相对论的提出
爱因斯坦提出两个基本假设，通过洛伦兹变换推导出时间膨胀和长 度收缩等相对论效应。
黑洞与宇宙大爆炸都是广义相对论的重要预言和研究对象，对于深入理解宇宙的本质和演化 具有重要意义。
广义相对论中的实验验证
广义相对论预言的光线弯曲、引力红移、雷达回波延迟等效 应都得到了实验验证，进一步证实了广义相对论的正确性和 可靠性。
近年来，随着技术的不断进步，科学家们通过更精确的实验 设备和方法对广义相对论进行了更深入的验证，例如利用激 光干涉测量技术测量引力波等。这些实验结果进一步证实了 广义相对论的预言和理论框架的正确性。
狭义相对论中的质能关系
狭义相对论提出了著名的质能关系公式E=mc^2，其中E表示能量，m表示质量，c表示光速。 这个公式表明质量和能量之间存在等价关系，即物体所具有的能量与其质量成正比，且与光 速的平方成正比。这一公式为后来的核能和原子能研究提供了理论基础。
03
广义相对论
相对论的建立和发展
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相对论的建立和发展
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•爱因斯坦和洛伦兹在一起
相对论的建立和发展
•不出五个星期，（1905年6月），爱因斯坦就写好了那篇历史 性文献《论动体的电动力学》，1905年9月发表在著名的德文杂 志《物理学年鉴》上。在这篇论文中，爱因斯坦十分果断地把 相对性原理和光速不变原理这两条看起来似乎矛盾的设想放在 一起作为基本出发点。他称之为两条公设，内容如下： • “1.物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化 时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速移动着的坐标系中的 那一个并无关系，（相对性原理）。” • “2.任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度v运动着， 不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的，（光速 不变原理）。”
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相对论的建立和发展
•1900年 苏黎世联邦工业大学师范系毕业。 •1902年 在瑞士联邦专利局工作 •1909年 离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。 •1911年 任布拉格德语大学理论物理学教授，1912年任母校 苏黎世联邦工业大学教授。1914年，应能斯脱的邀请，回德
国任威廉皇帝物理研究所所长兼柏林大学教授，直到1933年。
1905年他发表了有关狭义相对论的三篇文章。
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相对论的建立和发展
• 早在16岁（1895年）时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题： “如果我以速度c（真空中的光速）追随光线运动，我应当看到 这样一条光线就好象一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。可 是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样 的事情。”这是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。 •爱因斯坦对这个问题的思考，经历了很长的过程。他回忆说： “最初当我有这个想法时，我并不怀疑以太的存在，不怀疑地球 相对以太的运动”。甚至他还设想用热电偶做一个实验，比较沿 不同方向的两束光线所放出的热量。 • 不久爱因斯坦得知迈克耳孙-莫雷实验的零结果。他由此认 识到，地球相对于以太的运动是不能用任何仪器测量的。他继续 回忆说：“如果承认迈克耳孙的零结果是事实，那么地球相对于 以太运动的想法就是错的，这是引导我走向狭义相对论的第一 步。”
相对论的诞生课件PPT
2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，
光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
相对论的时空观念与人们固有的 时空观念差别很大，很难被普通人
所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大， 但又常常弄不懂这伟大的内容。这 使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿
的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，” 于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，” 于是一切又回到黑暗中。
可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 性原理.
当时人们为了解决这个困难，提出了三种可 能：
（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方 程组应满足伽利略不变性。
（2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但 麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系 成立。
（3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某 种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变 换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学 要作修改，修改后的力学方程在新的变换 下具有不变性。
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可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 性原理.
当时人们为了解决这个困难，提出了三种可 能：
（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方 程组应满足伽利略不变性。
（2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但 麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系 成立。
（3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某 种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变 换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学 要作修改，修改后的力学方程在新的变换 下具有不变性。
光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
相对论的时空观念与人们固有的 时空观念差别很大，很难被普通人
所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大， 但又常常弄不懂这伟大的内容。这 使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿
的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，” 于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，” 于是一切又回到黑暗中。
可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 性原理.
当时人们为了解决这个困难，提出了三种可 能：
（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方 程组应满足伽利略不变性。
（2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但 麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系 成立。
（3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某 种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变 换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学 要作修改，修改后的力学方程在新的变换 下具有不变性。
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可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 性原理.
当时人们为了解决这个困难，提出了三种可 能：
（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方 程组应满足伽利略不变性。
（2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但 麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系 成立。
（3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某 种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变 换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学 要作修改，修改后的力学方程在新的变换 下具有不变性。
新人教版高中物理选修3-4 15.1 相对论的诞生(共15张PPT)
2
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”
3
与黑体辐射有 关
量子理论诞生
狭义相对论：时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关。
14
早在1895年(16岁,上中学)时，爱因斯坦提出 了一个有趣的追光假想实验：如果他骑在火箭 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
15
v
光速＝
光速＝
10
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。
11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。
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”
3
与黑体辐射有 关
量子理论诞生
狭义相对论：时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关。
14
早在1895年(16岁,上中学)时，爱因斯坦提出 了一个有趣的追光假想实验：如果他骑在火箭 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
15
v
光速＝
光速＝
10
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。
11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。
高中物理 15-1、2 相对论的诞生 时间和空间的相对性课件 新人教版选修3-4
完整版ppt
8
第十五章 第1、2节
金版教程 ·人教版物理 ·选修3-4
(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身 长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度_小____。设与杆 相对静止的观察者认为杆的长度为l0，与杆有相对运动的人认为 杆的长度为l，则两者之间的关系是：
l＝ ___l0____1_－__v_c_2___。
完整版ppt
13
第十五章 第1、2节
金版教程 ·人教版物理 ·选修3-4
课堂合作探究
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第十五章 第1、2节
金版教程 ·人教版物理 ·选修3-4
要点一 相对论的诞生
1.经典的相对性原理 (1)惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个 参考系叫做惯性系，相对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)相对性原理的三种表述
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第十五章 第1、2节
金版教程 ·人教版物理 ·选修3-4
3．狭义相对论的两个基本假设 (1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规 律都是相同的。 (2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都 相同。 这两个假设是迈克耳孙——莫雷的直接结论，但由于是有 限的几次实验的结论，还要大量的实验来证明，还要经过逻辑 推理的大量结论来验证才能成为真正的原理。
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第十五章 第1、2节
金版教程 ·人教版物理 ·选修3-4
3．时间间隔的相对性 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观 察，它们的时间间隔总是__相__同_____的。 (2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中 观察，它们的时间间隔是__不__同___的。设 Δτ 表示相对事件发生地 静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt 表示相对事件发生地以 v 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，
2024版相对论PPT课件
02
狭义相对论主要内容及推 导
洛伦兹变换公式及其应用
01
02Hale Waihona Puke 03洛伦兹变换公式
描述不同惯性参考系之间 物理量的变换关系，包括 时间、空间坐标、质量和 能量等。
公式推导
基于光速不变原理和狭义 相对性原理，通过数学推 导得到洛伦兹变换公式。
应用举例
解释迈克尔逊-莫雷实验、 计算粒子在加速器中的运 动轨迹等。
现代实验技术：原子钟、GPS等
01
原子钟实验
02
GPS定位技术
利用高精度原子钟来测量时间膨胀效应，验证狭义相对论中关于时间 膨胀的预言。
全球定位系统（GPS）需要考虑相对论效应对卫星钟的影响，通过修 正相对论效应来提高定位精度。
挑战问题一：暗物质和暗能量问题
暗物质问题
观测表明宇宙中存在大量不发光、不 与电磁波相互作用的物质，即暗物质。 相对论无法解释暗物质的性质和行为。
深化对自然规律的认识
相对论揭示了时间、空间、物质和能量之间的 内在联系，有助于我们更深入地理解自然规律。
推动科学技术发展
相对论在导航、通信、高能物理等领域有着广泛应用， 学习相对论有助于推动科学技术的进步。
培养创新思维和批判性思 维
学习相对论需要具备创新思维和批判性思维， 这些思维方式对于培养创新型人才具有重要意 义。
工具。
相对论对未来科技发展影响
相对论揭示了物质、空间和时 间的基本性质，为未来科技发 展提供了深刻的理论启示。
基于相对论的引力波探测、黑 洞观测等前沿研究领域将推动 实验技术和观测手段的创新。
相对论在宇宙航行、星际通信 等领域的应用探索将促进未来 空间科技的发展。
05
相对论实验验证及挑战问 题探讨
相对论的建立和发展概述(PPT 62页)
3、真空中的光速 根据麦克斯韦的电磁理论，光速“c”应为一常数，
与牛顿力学的速度叠加法则相矛盾。 4、物理学家面临的选择 要么对牛顿力学做一些顾此失彼的解释，修修补补，
要么彻底抛弃，建立新的理论。
物理学史
第七章 相对论的建立和发展
法国著名科学家彭加勒（Henri Poincarè）对洛仑兹理 论起过积极作用。他在1895年就对用长度收缩假说解释以太漂 移的零结果表示不同看法。他提出了相对性原理的概念，认为 物理学的基本规律应该不随坐标系变化。他的批评促使洛仑兹 提出时空变换的方程式。1904年彭加勒正式表述了相对性原理。 他在一次演说中讲道：“根据这个原理，无论对于固定的观察 者还是对于正在作匀速运动的观察者，物理定律应该是相同的。 因此没有任何实验方法可以用来识别我们自身是否处于匀速运 动之中。”彭加勒还对洛仑兹理论进行加工整理，使它的数学 形式更加简洁。然而彭加勒也没有跳出绝对时空观的框架。
物理学史
第七章 相对论的建立和发展
相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它 在黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的 光辉，照亮了广阔的未知领域。”
——德布罗意
物理学史
第七章 相对论的建立和发展
§7.1 历史背景
相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是电磁理 论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各有关分支又一次综合的 结果。19世纪后半叶，光速的精确测定为光速的不变性提供了 实验依据。从电磁理论出发，光速的不变性是很自然的结论。 然而这个结论却与力学中的伽利略变换抵触。
物理学史
第七章 相对论的建立和发展
三、狭义相对论的建立
1900年，爱因斯坦大学毕业。1901年，他获得了瑞士国籍。 1902年，在他的朋友格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦终于在伯尔尼 的瑞士联邦专利局找到了一份稳定的工作——当技术员。
与牛顿力学的速度叠加法则相矛盾。 4、物理学家面临的选择 要么对牛顿力学做一些顾此失彼的解释，修修补补，
要么彻底抛弃，建立新的理论。
物理学史
第七章 相对论的建立和发展
法国著名科学家彭加勒（Henri Poincarè）对洛仑兹理 论起过积极作用。他在1895年就对用长度收缩假说解释以太漂 移的零结果表示不同看法。他提出了相对性原理的概念，认为 物理学的基本规律应该不随坐标系变化。他的批评促使洛仑兹 提出时空变换的方程式。1904年彭加勒正式表述了相对性原理。 他在一次演说中讲道：“根据这个原理，无论对于固定的观察 者还是对于正在作匀速运动的观察者，物理定律应该是相同的。 因此没有任何实验方法可以用来识别我们自身是否处于匀速运 动之中。”彭加勒还对洛仑兹理论进行加工整理，使它的数学 形式更加简洁。然而彭加勒也没有跳出绝对时空观的框架。
物理学史
第七章 相对论的建立和发展
相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它 在黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的 光辉，照亮了广阔的未知领域。”
——德布罗意
物理学史
第七章 相对论的建立和发展
§7.1 历史背景
相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是电磁理 论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各有关分支又一次综合的 结果。19世纪后半叶，光速的精确测定为光速的不变性提供了 实验依据。从电磁理论出发，光速的不变性是很自然的结论。 然而这个结论却与力学中的伽利略变换抵触。
物理学史
第七章 相对论的建立和发展
三、狭义相对论的建立
1900年，爱因斯坦大学毕业。1901年，他获得了瑞士国籍。 1902年，在他的朋友格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦终于在伯尔尼 的瑞士联邦专利局找到了一份稳定的工作——当技术员。
高中物理相对论的诞生优质PPT课件
2.非惯性系
牛顿定律不成立的参考系就是非惯性系。
以地面为参考系，球是静止的， 合力为零；可是以加速运动车厢 为参考系，球确是加速向左运动 的，根据牛顿第二定律，可知其 合力不为零。
一、对惯性系和非惯性系的认识
特别提醒： 如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系？ 我们通常选大地是惯性参考系，相对于地面静止或做匀速 运动的物体都是惯性参考系；相对于地面做变速运动的物 体都是非惯性参考系。
典例分析
例1.去年夏季多数城市连降大雨，致使部分地区受灾，武警总队特派一飞
机前往，飞机在某高空做匀速直线运动，投放一包救急物品，灾民看到物
品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落在灾民救济
处，则下列说法正确的是( )
相对于地面静止或做匀速运动
A．飞机为非惯性参考系 B．飞机为惯性参考系
上述的矛盾使物理学家面临两个选择
修补：修正现有的理论，去迎合实验结果 (这 相对比较容易，但常常无效)
创新：彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只适用 于某一特殊的惯性系”，创立全新的理论。
迈克尔孙——莫雷模拟实验
二、经典相对性原理与狭义相对性原理
2.狭义相对论的两个基本假设
①狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的。
答：光速仍为c
典例分析
例4.设某人在以速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列
说正确的是( CD)
A．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C．在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是c D．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c
参考系就叫惯性系。
2．经典相对性原理
相对论基本原理课件PPT
详细描述
相对性原理源自伽利略的相对运动原理，即两个相对运动的 惯性参照系中，测量和观察到的物理现象应该是一样的。这 意味着我们无法通过任何实验来区分我们所在的参照系是静 止的还是匀速运动的。
光速不变原理
总结词
光速不变原理是相对论的另一个基本假设，它指出光在真空中的速度对于任何观 察者都是恒定不变的，不依赖于光源或观察者的运动状态。
推导时间和空间相对性
由于光速不变，狭义相对论推导出时间和空间的相对性，即时间和 空间不再是绝对的，而是相对于观察者的参考系而言。
引入洛伦兹变换
为了协调不同参考系之间的测量结果，狭义相对论引入了洛伦兹变 换，用于描述不同参考系之间的时空坐标的变换关系。
狭义相对论的结论
时间膨胀
狭义相对论得出，当物体以接近光速运动时，其 内部的时间相对于静止观察者会变慢。
在相对论中，时间和空间不再是绝对的、固定的，而是与物体的运动状态密切相关。当物体加速运动时，会发现 时间变慢、空间收缩的现象，这被称为时间膨胀和空间收缩效应。这一观念的提出对经典物理学中的绝对时空观 念产生了深刻的影响。
03
CATALOGUE
狭义相对论
狭义相对论的推导
假设光速不变
狭义相对论基于光速不变原理，即无论观察者如何移动，光速在 真空中的传播速度都是恒定的。
长度收缩
同时，狭义相对论还得出，当物体以接近光速运 动时，其长度会相对于静止观察者缩短。
速度极限
狭义相对论确立了光速作为自然界的速度极限， 任何物体的速度都不可能超过光速。
狭义相对论的意义
1 2
奠定现代物理基础
狭义相对论彻底改变了人们对时间和空间的观念 ，为现代物理学的发展奠定了基础。
解释现象
相对性原理源自伽利略的相对运动原理，即两个相对运动的 惯性参照系中，测量和观察到的物理现象应该是一样的。这 意味着我们无法通过任何实验来区分我们所在的参照系是静 止的还是匀速运动的。
光速不变原理
总结词
光速不变原理是相对论的另一个基本假设，它指出光在真空中的速度对于任何观 察者都是恒定不变的，不依赖于光源或观察者的运动状态。
推导时间和空间相对性
由于光速不变，狭义相对论推导出时间和空间的相对性，即时间和 空间不再是绝对的，而是相对于观察者的参考系而言。
引入洛伦兹变换
为了协调不同参考系之间的测量结果，狭义相对论引入了洛伦兹变 换，用于描述不同参考系之间的时空坐标的变换关系。
狭义相对论的结论
时间膨胀
狭义相对论得出，当物体以接近光速运动时，其 内部的时间相对于静止观察者会变慢。
在相对论中，时间和空间不再是绝对的、固定的，而是与物体的运动状态密切相关。当物体加速运动时，会发现 时间变慢、空间收缩的现象，这被称为时间膨胀和空间收缩效应。这一观念的提出对经典物理学中的绝对时空观 念产生了深刻的影响。
03
CATALOGUE
狭义相对论
狭义相对论的推导
假设光速不变
狭义相对论基于光速不变原理，即无论观察者如何移动，光速在 真空中的传播速度都是恒定的。
长度收缩
同时，狭义相对论还得出，当物体以接近光速运 动时，其长度会相对于静止观察者缩短。
速度极限
狭义相对论确立了光速作为自然界的速度极限， 任何物体的速度都不可能超过光速。
狭义相对论的意义
1 2
奠定现代物理基础
狭义相对论彻底改变了人们对时间和空间的观念 ，为现代物理学的发展奠定了基础。
解释现象
高二物理选修相对论的诞生PPT课件
结论：在不同的惯性参考系中，一切物 理规律都是相同的。
［名师课 堂教学 ］高二 物理选 修相对 论的诞 生PPT课 件（完 整版PP T)
［名师课 堂教学 ］高二 物理选 修相对 论的诞 生PPT课 件（完 整版PP T)
五、狭义相对论的两个基本假设： 1、狭义相对性原理：在不同的惯性参考系
中，一切物理规律都是相同的。即：一 切惯性参考系中物理定律的数学形式完 全相同。 2、光速不变原理：真空中的光速在不同的 惯性参考系下都是相同的。
乌云1：黑体辐射理论中的“紫外灾难” 1901年诞生了量子论——普朗克
乌云2：迈克耳孙—莫雷实验的零结果
1905年诞生了相对论———爱因斯坦
Albert·Einstein
20 世纪最伟大的物理学家，创造了
科学史上史无前例的奇迹，推动了
整个物理学理论的革命。
二、爱因斯坦（1879—1955， 德—瑞—美）：
［名师课 堂教学 ］高二 物理选 修相对 论的诞 生PPT课 件（完 整版PP T)
［名师课 堂教学 ］高二 物理选 修相对 论的诞 生PPT课 件（完 整版PP T)
• 1.D 2.ABD 3.CD 4.C 5.D
［名师课 堂教学 ］高二 物理选 修相对 论的诞 生PPT课 件（完 整版PP T)
第十五章 相对论简介
第1节 相孙在英国 皇家学会新年庆祝会上将物理学赞誉为 “一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦 的美丽庙堂”。
科学大厦已基本完成，未来的物理学家只 要做一些修修补补的工作就可以了。
星光灿烂
威廉·汤姆孙
麦克斯韦
但物理学明朗的天空中还有两朵小小的、令 人不安的乌云。
迈 克 耳
莫 雷
孙
—
迈 克 耳 孙
［名师课 堂教学 ］高二 物理选 修相对 论的诞 生PPT课 件（完 整版PP T)
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五、狭义相对论的两个基本假设： 1、狭义相对性原理：在不同的惯性参考系
中，一切物理规律都是相同的。即：一 切惯性参考系中物理定律的数学形式完 全相同。 2、光速不变原理：真空中的光速在不同的 惯性参考系下都是相同的。
乌云1：黑体辐射理论中的“紫外灾难” 1901年诞生了量子论——普朗克
乌云2：迈克耳孙—莫雷实验的零结果
1905年诞生了相对论———爱因斯坦
Albert·Einstein
20 世纪最伟大的物理学家，创造了
科学史上史无前例的奇迹，推动了
整个物理学理论的革命。
二、爱因斯坦（1879—1955， 德—瑞—美）：
［名师课 堂教学 ］高二 物理选 修相对 论的诞 生PPT课 件（完 整版PP T)
［名师课 堂教学 ］高二 物理选 修相对 论的诞 生PPT课 件（完 整版PP T)
• 1.D 2.ABD 3.CD 4.C 5.D
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第十五章 相对论简介
第1节 相孙在英国 皇家学会新年庆祝会上将物理学赞誉为 “一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦 的美丽庙堂”。
科学大厦已基本完成，未来的物理学家只 要做一些修修补补的工作就可以了。
星光灿烂
威廉·汤姆孙
麦克斯韦
但物理学明朗的天空中还有两朵小小的、令 人不安的乌云。
迈 克 耳
莫 雷
孙
—
迈 克 耳 孙
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