6相对论的建立和发展解析
相对论的诞生教案
相对论的诞生教案教案题目：相对论的诞生教案目标：1.了解相对论的发展历程和基本概念；2.掌握狭义相对论的原理和公式；3.讨论相对论在日常生活和科学研究中的应用。
教案内容：一、导入（10分钟）1.引入：学生们你们知道相对论是什么吗？它为什么被称为科学的一大突破？2.列举一些常见的相对性的例子：比如电车、火车相对于行驶的人的运动速度与感受。
二、相对论的发展历程（15分钟）1.爱因斯坦的贡献：对电磁现象和光的研究；2.相对论的前辈：洛伦兹变换和麦克斯韦方程组；3.特殊相对论的提出与发展。
三、狭义相对论的基本概念（20分钟）1.狭义相对论的两个基本原理：相对性原理和光速不变原理；2.引出时间和空间的相对性概念；3.探讨狭义相对论对传统牛顿力学的颠覆；四、狭义相对论的公式与应用（25分钟）1.讨论洛伦兹变换公式的推导和含义；2. 引出相对论质能关系公式：E=mc^2；3.探讨相对论时空的扭曲和引力的效应；4.分析相对论在GPS定位系统、核能反应和宇宙学中的应用。
五、相对论的思考题（10分钟）1.你觉得相对论对于我们日常生活和科学研究有何重要性？2.相对论的发展是否会改变我们对现实世界的认知？六、小结与总结（10分钟）1.总结狭义相对论的基本理论和公式；2.引导学生思考相对论对于科学发展的深远影响；3.提醒学生平时要保持对科学知识的热情和学习兴趣。
教学方法：1.讲授相对论的基本概念和原理；2.分组小组讨论，提高学生的科学思维和合作能力；3.以问题导向的方式，激发学生的思考和研究兴趣。
教学资源：1.幻灯片及投影仪；2.视频资料和实验演示；3.相关图书和科普读物。
教学评价：1.学生参与度和讨论质量；2.概念和公式的掌握情况；3.学生对相对论的理解和应用能力。
教学延伸：1.后续课程中引导学生深入研究广义相对论；2.组织学生进行相对论实验和观测；3.邀请相关领域的专家进行讲座和研讨。
爱因斯坦相对论的发明过程
爱因斯坦相对论的发明过程一、前言爱因斯坦相对论是现代物理学的重要理论之一，它对于人类认识宇宙和自然界的本质有着深远的影响。
本文将从爱因斯坦相对论的背景、发展历程、基本原理等方面进行详细介绍，希望能够让读者更加深入地了解这一伟大的科学成果。
二、背景19世纪末20世纪初，物理学经历了一场革命性的变革。
在这个时期，人们已经发现了电磁波和光速度不变性这两个重要事实。
然而，当时的物理学家们认为光速度是绝对不变的，即无论在任何参照系中，光速都是恒定不变的。
这种观点被称为“众所周知”的牛顿力学观点。
然而，在19世纪末20世纪初期间，一些实验结果却开始挑战这种观点。
例如1901年，美国物理学家麦克尔逊和莫雷进行了一个著名的实验：他们利用干涉仪测量了光在不同方向上传播时所需时间，并试图通过比较这些时间来检验光速是否是恒定不变的。
实验结果却令人意外：无论干涉仪在何处，光速度都是相同的。
这个结果在当时引起了轰动，因为它表明了光速度的恒定不变性。
三、发展历程1. 爱因斯坦的思考在这个时期，爱因斯坦开始对这个问题进行思考。
他认为，如果光速度确实是恒定不变的，那么就必须假设时间和空间是相对的，并且取决于观察者的参照系。
这种观点与牛顿力学相反，因为牛顿力学认为时间和空间是绝对的，并且独立于观察者。
2. 爱因斯坦的论文1905年，爱因斯坦在一篇名为《关于电动力学基础上一个新观点之建立》的论文中提出了自己的理论。
他认为，在所有参照系中，光速度都是相同的，并且时间和空间是相对的，并取决于观察者。
这个理论被称为“狭义相对论”。
3. 实验验证随着科技水平的不断提高，人们开始能够通过实验来验证这个理论。
例如，以后的实验表明，当物体的速度接近光速时，时间会变慢，并且物体的长度会变短。
这些结果都与爱因斯坦在他的论文中所提出的理论相符。
四、基本原理1. 光速不变原理根据相对论，光速是恒定不变的，并且在所有参照系中都是相同的。
这个原理是相对论最基本的原理之一。
第六讲 20世纪的物理学：相对论的建立
1902年前后爱因斯坦和几位好友组建了一
个俱乐部—讨论物理学、哲学和文学。
1905：爱因斯坦的奇迹年
1905年，爱因斯坦一连发表了五篇重要论文，分别在辐射
理论、分子运动论和力学与电动力学的基础理论等三个不
同的领域提出了新的见解。
1905：爱因斯坦的奇迹年
论文1：论分子大小的新测定（苏黎世大学哲学博士论文，1905年4 月30日，伯尔尼） 论文2：热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动 (Annalen der Physik 17[1905]:549-560) 论文3：论动体的电动力学(Annalen der Physik 17[1905]:891-921)—
狭义相对论是爱因斯坦伟大的一生中取得的第一项重大成果，是他
在前人的基础上经过长期的酝酿和探索才取得的。可是为什么是爱
因斯坦而不是别人创建了狭义相对论？ 爱因斯坦受到过哪些启发，抓住了什么关键，找到了什么突破口，
才取得如此重大的成果的呢？
狭义相对论的创建过程
追光少年 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
他很欣赏洛仑兹方程不但适用于真空中的参照系，而且适用于运动物体 的参照系。 当时他坚信麦克斯韦和洛仑兹电动力学方程是正确的，但是进一步推算， 发现要保持这些方程对动体参照系同样有效，必然导致光速不变性的概 念，而光速的不变性明显地与力学的速度合成法则相抵触。
狭义相对论的创建过程
‚为什么这两个观念会相互矛盾呢？我感到这一难题相当不好解决。我
“以太漂移”的探索
麦克斯韦：地球就像一 艘没有摩擦力的船穿过 海水一样穿过‚以太‛
物理学的重大进展及探索生命起源-PPT课件
结合蒸汽机的发明和电气技术的应用，说明科 技进步对社会发展产生了怎样的作用
(1)两次科技应用的作用 ①蒸汽机发明后，火车出现，铁路到处伸展，商品流通速度加 快，从而促进了世界经济的发展，世界各国联系日益密切。② 电气技术的应用，如电气化火车的出现，使物流速度更加迅速， 从而使世界经济的联系更加密切，发展更快。③这充分说明科 学技术的发展在提高生产力方面的作用越来越大，科学技术不 仅是生产力，而且是第一生产力。
答案：D
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研究思考预测
1.古代欧洲人们一直将亚里士多德的理论当成真理，牛顿力学体系建 立后，也一度被看做绝对权威的理论，相对论出现后，解决了经典 力学无法解决的难题。这说明( ) A.随着社会不断进步，人们会否定更多的真理 B.社会不断发展，促进社会发展的自然科学理论也不断进步 C.人类永远无法找到真理 D.经典力学体系已经过时，为社会所抛弃 答案：B
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现代科技对人类生产生活产生了重大影响
2.右面漫画《进步与退步》所反映的实质问题是( ) A.书写工具的进步导致了书写质量的下降 B.计算机的应用给传统文化带来严重冲击 C.传播手段的进步导致了传统媒体的衰退 D.计算机的使用减弱了文字的作用 解析：书写艺术是中国传统艺术的重要组成部分，漫画中书写质量 的下降，显示了计算机的应用对传统文化的严重冲击，A项反映的 是漫画的表面信息；C项表述不符合题意，毛笔、钢笔也不是传播 媒体；D项表述错误，计算机的使用只是改变了文字的书写方式， 并没有减弱文字的作用。 答案：B
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重难要点
(1)主要内容：相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原 理。时间、空间、质量不是绝对不变的，而是相对的，可以互相 转化。 (2)历史意义：①物理学自身发展：它在很大程度上解决了19世纪 末出现的经典物理学的危机，可以广泛地解释不同运动状态的物 质，创立了一个全新的时空观、运动观和物质观，极大地扩展了 物理学应用的领域。②人类思想认识的发展：相对论打破了经典 物理学绝对化的思维，为人们提供了辩证地看待世界的途径，是 人类思想发展史上的一次根本性变革。总之，相对论的提出是物 理学领域最伟大的革命。
物理学史相对论的建立与发展.PPT
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。
力学的发展历程
力学的发展历程力学是物理学的一个重要分支，研究物体在受力作用下的运动规律和力的作用原理。
它是自古以来人们对自然界运动规律的探索和认识的基础，对于我们理解和解释物理现象具有重要意义。
下面将详细介绍力学的发展历程。
1. 古代力学的起源古代力学的起源可以追溯到古希腊时期。
古希腊的哲学家和数学家亚里士多德提出了自然哲学的理论，他认为物体的运动需要外力的推动。
他的观点在几个世纪内向来被广泛接受，并成为古代力学的基础。
2. 牛顿力学的奠基17世纪末，英国科学家艾萨克·牛顿提出了经典力学的三大定律，即牛顿三定律。
第一定律是惯性定律，描述了物体在无外力作用下保持静止或者匀速直线运动的状态。
第二定律是力的定律，描述了物体的加速度与作用在其上的力的关系。
第三定律是作用-反作用定律，描述了力的相互作用。
牛顿力学的建立奠定了力学研究的基础，对后来的科学发展产生了深远影响。
3. 运动学与动力学的发展在牛顿力学的基础上，人们进一步研究了运动学和动力学。
运动学研究物体的运动状态和轨迹，动力学研究物体的运动原因和力的作用。
通过对运动学和动力学的研究，人们能够更加全面地理解和描述物体的运动规律。
4. 波动力学的兴起19世纪末，人们开始研究波动力学。
波动力学研究机械波、声波、光波等的传播和相互作用规律。
著名的物理学家亨利·亚伯拉罕·布拉神奇和奥古斯丁·让·菲涅尔等人对波动力学做出了重要贡献，推动了波动力学的发展。
5. 经典力学的局限性随着科学的不断发展，人们发现在一些特殊情况下，经典力学的理论无法解释和预测实验结果。
例如，当物体的速度接近光速时，经典力学无法描述其运动规律。
这引起了对力学理论的重新思量和发展。
6. 相对论力学的诞生20世纪初，爱因斯坦提出了相对论力学的理论。
相对论力学修正了经典力学中的时间和空间观念，并提出了著名的质能方程E=mc²。
相对论力学在高速和强引力场下能够更准确地描述物体的运动规律，并对现代物理学的发展产生了深远影响。
力学的发展历程
力学的发展历程力学是物理学的一个重要分支，研究物体的运动和力的作用。
它是自古以来人类对自然界运动现象的观察和研究的产物，经过数千年的发展，逐渐形成为了现代力学的体系。
下面将详细介绍力学的发展历程。
1. 古代力学：古代力学的起源可以追溯到古希腊时期。
古希腊的哲学家和数学家，如亚里士多德、阿基米德等，对物体的运动和力的作用进行了初步的研究。
亚里士多德提出了天体运动的理论，阿基米德研究了浮力和杠杆原理等。
这些古代力学的思想为后来的力学研究奠定了基础。
2. 牛顿力学的诞生：17世纪末，英国科学家艾萨克·牛顿在力学领域做出了革命性的贡献。
他提出了经典力学的三大定律，即牛顿第一定律（惯性定律）、牛顿第二定律（力的作用定律）和牛顿第三定律（作用与反作用定律）。
这些定律为解释物体运动和力的作用提供了准确而简洁的数学描述，成为了现代力学的基石。
3. 分析力学的兴起：18世纪末到19世纪初，法国科学家拉格朗日和哈密顿等人提出了分析力学的理论体系。
分析力学通过建立广义坐标和拉格朗日方程，将力学问题转化为求解变分问题，从而简化了力学问题的求解过程。
这一理论体系不仅为力学研究提供了更加灵便和通用的方法，还推动了数学物理学的发展。
4. 相对论力学的发展：20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，对经典力学进行了革命性的改进。
狭义相对论揭示了光速不变原理和相对论性动力学，广义相对论则描述了引力的几何本质和时空的弯曲。
相对论力学在解释高速运动和强引力场下的物体运动方面取得了重要成果，对现代天体物理学和粒子物理学的发展产生了深远影响。
5. 量子力学的崛起：20世纪初，量子力学的诞生彻底改变了我们对微观世界的认识。
量子力学描述了微观粒子的运动和相互作用，引入了不确定性原理和波粒二象性等概念。
量子力学的发展为解释原子、份子和基本粒子的行为提供了新的框架，对现代物理学的发展具有重要意义。
6. 经典力学与量子力学的统一：20世纪下半叶，理论物理学家们致力于研究将经典力学和量子力学统一起来的理论。
从爱因斯坦到霍金的宇宙课后习题答案
从爱因斯坦到霍金的宇宙2019尔雅满分答案物理学的起源1Physics这个词最先是谁想出的?(B)A、柏拉图B、亚里士多德C、欧几里得D、阿基米德2颐和园宝云阁的“物含妙理总堪寻”是由康熙题词。
(X)“物理”一词在中国1谁认为“格物致知”中的“格”意思是“变革”?(D)A、朱熹B、王阳明C、王艮D、毛泽东2王阳明强调人心,良知,冉伟革去外物,良知自存。
(对)物理学的诞生1谁首先指出物理学是一门“实验的科学”、“测量的科学”?(B)A、阿基米德B、伽利略C、牛顿2阿基米德的重要发现是(BC)。
A、自由落体定律B、浮力定律C、杠杆原理D、相对性原理3下列哪些定律是伽利略首先确认的?(ACD)A、相对性原理B、杠杆原理C、自由落体定律D、惯性定律“1642年”在物理学上的意义1牛顿的主要成就是(AB)。
A、力学三定律B、万有引力定律C、光的波动说D、能量守恒定律2库伦从介质的弹性振动导出了电磁学的基本方程组。
(对)3麦克斯韦从介质的弹性振动导出了电磁学的基本方程组。
(对)热学的发展1热力学的哪一条定律说"不能从单一热源吸热做功,而对外界不产生影响"?(B) A、第一定律C、第三定律D、第零定律2开尔文提出不能从单一热源吸热做工而不产生其他影响。
对明朗天空的两朵乌云1爱因斯坦提出下列理论中的哪一个,用以解释光电效应?(D)A、量子论B、光子说C、波动说D、光量子论2瑞利—金斯曲线在短波波段与实验曲线完全符合,在长波波段变得无穷大。
X 并非神童的爱因斯坦1爱因斯坦在苏黎世工业大学上学期间,其物理教授是(A)。
A、韦伯B、卢瑟福C、玻尔D、狄拉克求职不顺的爱因斯坦1爱因斯坦从苏黎世工业大学毕业后曾向著名的物理学家奥斯特瓦尔德求职。
对爱因斯坦的丰收年127岁那年,是爱因斯坦的丰收年,他做出了如下的创新工作(ABD)。
A、光量子说B、狭义相对论C、广义相对论D、E = mc2相对论的建立（Ⅰ）1迈克耳孙实验结果与当时天文学的光行差现象相矛盾。
从牛顿到爱因斯坦揭开相对论的面纱
从牛顿到爱因斯坦揭开相对论的面纱爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家之一，他的相对论理论彻底改变了我们对时间、空间和物质的认识。
然而，在爱因斯坦之前，还有一个科学巨人——牛顿，他的经典力学为相对论的发展奠定了基础。
本文将带领读者了解从牛顿到爱因斯坦的科学旅程，揭开相对论的面纱。
1. 牛顿力学的奠基众所周知，牛顿是物理学的奠基人之一。
他的三大定律：惯性定律、牛顿第二定律和作用-反作用定律，构建了经典力学的基本框架。
牛顿力学在描述天体运动、机械物体的运动以及其他日常现象方面非常成功。
然而，牛顿力学无法解释光在真空中的传播以及高速运动体的行为，这为爱因斯坦的相对论理论的诞生创造了机会。
2. 爱因斯坦的相对论思想爱因斯坦在狭义相对论和广义相对论两方面做出了开创性贡献。
狭义相对论主要探讨的是高速相对运动下的时空关系，提出了著名的相对论性质能量公式E=mc²，并阐述了尺缩效应和时间膨胀效应等相对论效应。
广义相对论则进一步扩展了狭义相对论的观点，将引力看作是时空弯曲的结果，提出了曲率引力方程，成功解释了水星近日点进动等多个实验验证。
3. 实验验证与科学共识相对论理论的提出需要实验验证来验证其准确性。
光的干涉实验、测量光速的迈克尔逊-莫雷实验等实验证据为相对论打下坚实的基础。
此外，引力波的探测和日食观测等也进一步证实了爱因斯坦的理论。
科学界逐渐形成共识，相对论成为现代物理学的重要基石。
4. 相对论的影响与应用相对论不仅在理论物理学中有着重要地位，也为现代技术的发展做出了贡献。
相对论对GPS导航系统的精确定位起到了关键作用，也对粒子加速器、核裂变等领域产生了重大影响。
此外，相对论的思想也渗透到哲学、文学等领域，引发了广泛的思考和探索。
5. 相对论的局限性和未来的发展尽管相对论在解释各类经典实验上具有高度准确性，但它仍有一些局限性。
比如，相对论无法与量子力学进行统一，无法解释黑洞内部的奇点等问题。
这些问题成为了现代物理学研究中的难题，也催生了超弦理论等新的物理学理论的提出。
物理学史
哈雷慧星轨道的推算
长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星， 长期以来，人们一直认为彗星是神秘的，不吉利的灾星， 根本不能用科学来说明。 根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了 1682年出现的彗星的轨道 指出它的回归周期是75 76年 年出现的彗星的轨道， 75—76 1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是75 76年， 由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年 1758年再次出现 年以后的1758 由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时 哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。 ），这颗彗星果然如期出现 哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验 证了万有引力定律的科学性。 证了万有引力定律的科学性。
太阳系中还有一颗未知的行星， 太阳系中还有一颗未知的行星，我们没有考虑到它对天王星的引 力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。 力作用。他们用牛顿力学算出了这颗未知行星的位置和质量。 1848年 23日 柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚， 1848年9月23日，柏林天文台台长在收到勒维列来信的当晚，用望 远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星— 远镜对准勒维列所指出的位置，一下子就看到了一颗新的行星 海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。 海王星。勒维列无需观测星空，就在笔尖上发现了新行星。牛顿 力学又创造了新的奇迹。 力学又创造了新的奇迹。
相对论与牛顿力学的关系： 相对论与牛顿力学的关系：
相对论打破了牛顿以来传统的绝对时 空观，但并非全盘否定牛顿力学。 空观，但并非全盘否定牛顿力学。牛顿力 学反映的是宏观物体低速运动的客观规律， 学反映的是宏观物体低速运动的客观规律， 而狭义相对论反映的是物体高速运动的客 观规律，是对牛顿力学的继承和发展。 观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛 顿力学是相对论的一种特例（ 顿力学是相对论的一种特例（物体低速运 动状态），包括在相对论体系中。 ），包括在相对论体系中 动状态），包括在相对论体系中。与量子 理论共同构成了现代物理学的基本理论框 架。
相对论简介-PPT课件
相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观):空间和时间都与
物质的运动状态有关。
相对论的时空观更具有普遍性,但是经典物理学作为相对论的特
例,在宏观、低速运动时仍将发挥作用。
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三、狭义相对论的应用
活动与探究 3
为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢?在
基本上可以忽略。
26
汤姆孙曾自信地宣称:“科学的大厦
4.著名物理学家“开尔文勋爵”威廉·
已经基本完成”,但也承认,“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的
,两朵
乌云”。他指的科学大厦是
。
乌云是
答案:以经典力学、热力学与统计物理学、电磁理论为主要内容的物理
学形成了完整的科学体系 一是黑体辐射,二是光的速度
什么情况下,相对论效应比较明显?
答案:平时生活中物体运动的速度都非常慢,与光速 c 相比均到可
忽略的程度,因此我们觉察不到同时的相对性,相对论的所有效应都不
明显,但在参考系速度接近光速(一般都需 0.9c 以上)时,相对论效应就明
显表现出来了。
在一些要求严格的场所,如 GPS 定位中,要求卫星上时钟的精度非
那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值,而与参考系的选择无关。
相对论时空观:空间的大小、时间流逝的快慢都与物体运动的速度
有关。
15
迁移与应用 2
下面的说法中正确的是(
)
A.因为时间是绝对的,所以我们在不同的参考系中观察到的时间进
程都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察,运动物体的空间距离和时间进程
相对论的发展
相对论的发展
相对论是一种物理理论，它描述了时间、空间和物质的相互关系，是现代物理学的基石。
相对论的发展可以分为狭义相对论和广义相对论两个阶段。
狭义相对论是由爱因斯坦在1905年提出的，它基于两条基本假设：光速不变原理和等效原理。
光速不变原理指的是，无论观察者的运动状态如何，光速都是不变的。
等效原理则是指，加速的观察者会感受到与被吸引的观察者相同的力。
基于这两个假设，爱因斯坦发现了时间和空间的相对性，即对于不同的观察者，时间和空间的测量结果可能会有所不同。
这就导致了光速度不变和质量-能量等效性等重要结果。
广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的，它是对狭义相对论的拓展。
广义相对论通过引入引力场的概念，将物质对空间和时间的影响考虑在内，从而形成了一种新的描述引力的方式。
广义相对论对于太阳系内行星轨道的解释和黑洞等天体的研究都具有重要意义。
总之，相对论的发展为物理学的发展提供了重要的基础和理论支持。
语言相对论的产生和发展
语言相对论的产生及发展语言相对论往往被称作"萨丕尔-沃尔夫假说"。
实际上, 美国语言学家、人类学家萨丕尔〔Edward Sapir 和美国语言学家沃尔夫〔Benjamin Lee Whorf 并没有合著过,也没有明确地为实证研究提出过假说。
"萨丕尔-沃尔夫假说"这一说法是萨丕尔的学生,美国语言学家、人类学家哈利?霍衣哲〔Harry Hoijer 在1954 年提出的〔Koerner 2002：2。
①后来的学者, 如美国心理语言学家罗杰?布朗〔Roger Brown〔1976 等,将假说分为两类：强式,语言决定论〔Linguistic Determinism,即语言决定思维、信念、态度等；弱式,语言相对论〔Linguistic Relativity,语言反映思维、信念、态度等〔高一虹,1994：4 。
前者认为语言不同的民族,思维方式彻底不同,后者认为语言不同的民族,思维方式上有差异。
但值得注意的是,萨丕尔和沃尔夫并未作此区分,沃尔夫本人也并不允许极端的语言决定论。
目前,研究者通常使用沃尔夫自己的术语, 即语言相对论〔Linguistic Relativity。
这个陈述暗示了萨丕尔和沃尔夫并不是最早或者惟一对语言和思维的关系进行研究的学者。
其他思想流派也有对这个问题的研究。
对语言和思维之间关系的思量可以追溯到古希腊时期。
对语言相对论来说,其思想发展历程大致经过以下几个时期。
古希腊时期古希腊哲学家柏拉图认为,世界存在于预设的外部理念, 语言若要存在下去,就必须竭力正确地反映这些理念。
"除了我们把思维准确地称作由心灵与它自身进行的无声的对话之外,思维和言谈是一回事。
""从心中发出通过嘴唇流出来的声音之流称作言谈。
"②持该种观点的人认为,语言的暗地里是普遍的理性本质,为天下人共有,至少为所有思想家共有。
词语无非是这种深层精华的表达媒介,语言是反映内在思想活动的"标签",是体验世界的工具,还没有考虑到语言对思想的作用。
物理学的历史与思想-相对论的建立与发展
1919年，英国人爱丁
顿，率领一支考察队，利用
日全食,观察到光线的弯曲
现象，并拍摄了照片。相对
爱 丁
第六章 相对论的建立和发展
相对论的建立与发展
§6.1 相对论诞生的背景和先驱者的思想 §6.2 爱因斯坦与相对论
第六章 相对论的建立和发展
相对论——20 世纪自然科学最伟大的发现之 一。它是关于时空和引力的基本理论，揭示了物 质运动与时间、空间的关系，使物理学的发展和 人们的认识从低速运动进入高速运动领域。
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。
• 物理学家面临两难的选择
对牛顿力学做一些顾此失彼的解释，修修补补？
OR?
彻底放弃，建立新理论？
第六章 相对论的建立和发展
2.爱因斯坦的相对论 • 爱因斯坦简介 • 相对论——时空观的革命 • 爱因斯坦创造奇迹的源泉
• 爱因斯坦简介
第六章 相对论的建立和发展
在英费尔德(L.Infeld)的《相对论的发展史》中记录了 一段他和爱因斯坦的一次谈话，英费尔德说“在我看来， 即使您没有建立它，狭义相对论的出现也不会再等多久。 因为彭加勒已经很接近构成狭义相对论的那些东西了。” 爱因斯坦回答说：“是的，这说的对。”
⑦彭加勒的局限： 遗憾的是，彭加勒最终未能认识到抛弃以太的必要性，
第六章 相对论的建立和发展
➢ 洛伦兹的收缩假说（与爱因斯坦狭义相对论不同）
①以静止以太为出发点，在保持麦克斯韦方程不变的条件 下创立起来的“构造性”理论；
近代以来世界的科学发展历程
近代以来世界的科学发展历程考点提示近代科学技术（1）经典力学、相对论、量子论（2）进化论（3）蒸汽机的发明和电气技术的应用知识清单知识梳理一、物理学的重大进展（一）近代自然科学产生的背景经济基础——资本主义经济发展，生产经验的积累。
思想准备——文艺复兴、宗教改革、启蒙运动解放了思想。
个人因素——科学家具有科学精神。
（二）经典力学1、伽利略——意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、物理学家。
（1）主张：为了解自然界，必须进行系统地观察和实验。
（2）通过实验证实，外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的原因。
（3）通过实验，发现了自由落体定律等物理学定律，大大改变了古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动的观念。
（4）开创了以实验事实为依据并具有严密逻辑体系的近代科学，为牛顿经典力学的创立和发展奠定了基础，被誉为近代科学之父。
2、牛顿——17世纪英格兰伟大的物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家。
（1）牛顿在其经典著作《自然哲学的数学原理》一书中，提出了物体运动三大定律和万有引力定律。
把地球上的物体运动和天体运动概括到同一理论之中，形成了一个以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。
（2）牛顿经典力学体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。
海王星的发现是证明牛顿力学和万有引力定律有效性的最成功的范例。
（3）数学方面，牛顿是微积分的发明者之一。
另外牛顿还发现了太阳光的光谱，发明了反射式望远镜等。
（三）相对论的创立：1、背景：19世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的新问题。
20世纪初，德国物理学家爱因斯坦提出相对论。
2、内容：包括狭义相对论和广义相对论。
狭义相对论——物体运动时，质量随着物体运动速度增大而增加，同时空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
广义相对论——空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。
浅议相对论的建立与贡献
浅议相对论的建立与贡献【摘要】相对论是现代物理学中的一个重要理论，其建立和贡献对于科学界产生了深远影响。
本文从相对论的前身开始讨论，介绍了相对论的建立过程。
接着详细探讨了相对论的基本原理，以及相对论对物理学的重大贡献和广泛应用。
随后分析了相对论对科学界的影响，以及未来发展的前景。
最后总结了相对论的重要性，持久影响以及其在科学领域所做出的伟大贡献。
相对论的建立和贡献不仅推动了科学的发展，也改变了人们对时间、空间和物质的理解，成为现代物理学中不可或缺的一部分。
【关键词】相对论、建立、基本原理、贡献、应用、影响、未来发展、重要性、持久影响、贡献总结、物理学、相对论的前身、引言、正文、结论。
1. 引言1.1 相对论的前身相对论的前身可以追溯到十七世纪的伽利略相对论。
在伽利略相对论中，他提出物体的匀速直线运动是相对于某个参考系的，而并不存在绝对静止的参考系。
这种观点对于当时的物理学界来说是一种革命性的理论。
伽利略相对论只适用于低速运动，并不能解释光的运动以及高速物体的运动。
随着科学的发展和实验的进步，爱因斯坦在二十世纪初提出了狭义相对论和广义相对论，进一步完善了相对论理论体系。
除了伽利略相对论外，还有其他一些理论对相对论的建立产生了影响，比如光的波动理论和电磁场理论。
光的波动理论提出光是一种波动，遵循波动方程，而电磁场理论则揭示了光与电磁波的关系。
这些理论为相对论的发展提供了理论基础和实验依据。
相对论的建立并非一蹴而就，而是众多科学家在不同领域的研究成果的综合。
1.2 相对论的建立相对论的建立是现代物理学中的一个重要里程碑，它的建立主要归功于阿尔伯特·爱因斯坦的独创性思维和深刻洞察力。
相对论是建立在爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论的基础上的，这两个理论革命性地改变了人们对时空、物质和能量的认识。
在狭义相对论中，爱因斯坦引入了相对论效应和光速不变原理，从而推翻了牛顿力学中的时间和空间的绝对性观念。
相对论发展史
9月
（11月发表）
爱因斯坦生平（Ⅱ）
1909-1914 进入大学工作（苏黎士，布 拉格等地）
1914-1933 柏林大学教授，德国物理研 究所所长、院士
1915
提出广义相对论（36岁）
1933-1955 美国普林斯顿大学高级研究
所研究员
1955年4月18日 逝世
二.狭义相对论
光波是“以太”的弹性振动。 以太相对于地球运动吗？ 光行差现象（1728，1810）：以太相
洛伦兹变换：相对于绝对空间的变换
z ' z ·正确表述“相对性原理”
中，小学时代 德国慕尼黑 提出地方时间
广义相对论的三个实验验证
以太相对于地球运动吗？
t (t vx / c ) / 1 v / c ' （1887 佛格特，1898 拉摩）
1914-1933 柏林大学教授，德国物理研
2
22
爱因斯坦的新理论
暗能量 动力学暗能量 广义相对论在宇观尺度失效
0.5% 4% 0.3% 29%
65%
黑洞
r
r 2GM (视界） c 2 r=0奇点
洞外 洞内
t 时间 空间
r 空间 时间
信息疑难
霍金
(S.W.Hawking)
索恩
(Kip.Throne)
普瑞斯基
(John Preskill )
2004年7月21日,霍金 “我输了”
相对论发展史
一. 两朵乌云
1900，开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未
来的物理学家只需要做些修修补补 的工作就行了。但是，明朗的天空 还有两朵乌云：一朵与黑体辐射有 关，另一朵与迈克尔逊实验有关。
第一朵乌云：黑体辐射
相对论是如何诞生的,你知道吗？
导读：相对论是如何诞生的，你知道吗？还是16岁时，少年期的爱因斯坦就得知光是快速前进的电磁波（1895年），于是他想：如果一个人以光速飞行，这个人将看不到光，只会看到空间里振荡和停留的电磁场。
爱因斯坦热爱哲学，在哲学的统一性和逻辑一致性的影响下，认为应将相对理论与电动力学统一。
有时候一个人幼年的胡思乱想不是胡思乱想，会在10年之后大放异彩。
现在我们该了解相对论产生的历史背景了，迈克耳孙-莫雷实验对以太风观测的零结果表明，或者所有有关以太的理论需要修改，例如像洛伦兹那样引入长度收缩因子，这样会带来一系列的修补工作；或者认为以太存在的理论根本就不成立。
其实早在1865年麦克斯韦就已经证明电磁波传播速度只和介质有关，1890年赫兹在研究电磁理论时也得出了电磁波波速与波源速度无关的结论。
然而，这个结论显然是不符合伽利略变换的，这说明对于运动中的物体需要一种新的电动力学。
洛伦兹曾经在维持以太存在性的前提下发展过这样一种电磁理论，这被称作洛伦兹以太论。
在这一理论中，以太和其他物质被严格区分开，以太是绝对静止的，这也是牛顿的绝对时空观的反映；然而有别于机械观的以太，洛伦兹的以太是一种“电磁以太”：洛伦兹假设电磁场是以太状态的体现，但他对此没有做更多的解释。
洛伦兹用这一理论解释了塞曼效应，为此获得了1902年的诺贝尔物理学奖。
1895年，洛伦兹给出了长度收缩的假设，并通过他的相关态定理提出了所谓“本地时”的概念，运用这一概念他解释了光行差现象、多普勒频移和斐索流水实验。
相关态定理是说相对于以太运动的观察者在他的参考系中观测到的物理现象应当和静止坐标系中的观察者看到的是相同的。
本地时的概念在数学上相当于狭义相对论中的相对同时概念，但在洛伦兹的理论中它只是一种数学上的辅助工具，没有实在的物理意义。
同一年，洛伦兹引入了一组适用于麦克斯韦电磁理论在相对以太运动的坐标系中时空变换的方程，即洛伦兹变换，并于1899年和1904年对洛伦兹变换进行了补充和修正，他的1904年的论文《以任意小于光速的系统中的电磁现象》给出的洛伦兹变换已经非常接近于现代的定义。
课题3科技革命的成果近代以来世界的科学发展历程含解析
课题3科技革命的成果 ---- 近代以来世界的科学发展历程 斜艮于广境，深度.高度厘清主干知识/犯振疝I 耍§一、物理学与生物学的发展(一) 物理学的重大发展1. 经典力学 ---- 奠基(1) 背景① 文艺复兴运动解放了人们的思想。
② 伽利略发现了自由落体定律等物理学定律，开创了以实验事实为根据并具 有严密逻辑体系的近代科学，为经典力学的创立和发展奠定了基础。
(2) 建立① 标志：1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书。
② 内容：物体运动的三大定律和万有引力定律。
③ 特征：以实验为基础、以数学为表达形式。
(3) 意义：经典力学体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。
2. 相对论和量子论——发展项目 相对论 量子论背景 经典力学面临着挑战 ① 人们对物质的认识深入原子内部② 微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明标志 20世纪初，德国物理学家爱因 斯坦提出 1900年，德国物理学家普朗克提出了量子假说成就 包括狭义相对论和广义相对论 ① 爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应② 玻尔提出了有关原子的量子理论意义 ①否定了经典力学的绝对时空 ①使人类对微观世界的基本认识取得革BIBEIZHI5HI WENCU ZHIXIN — 温故命性的进步② 与相对论一起，构成为了现代物理学的基 础③ 开阔了人们的视野，改变了人们认识世 界的角度和方式溪巧识记 近现代物理学的三大理论成果親拒上一人髭甘自然界认単史上的第一览量于、—便人痍对稚职世异的条本认诅取褂単(二)生物进化论1.背景 (1) 文艺复兴、宗教改革和启蒙运动冲击了基督教神学。
(2) 资产阶级革命和工业革命相继发生，人们的视野不断拓宽，思想更加开放。
(3) 细胞学说的确立为生命科学的研究奠定了基础。
(4) 拉马克的早期生物进化思想开始形成。
2.标志1859年，达尔文发表《物种起源》一书。
3. 内容(1) 生物不是上帝创造的，而是进化而来的，都经历了由低级向高级、由简单 到复杂的发展过程。
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迈克尔逊
“以太”的概念最早出现在笛卡尔于1644年发表的 《哲学原理》一书中。按笛卡尔的观点，“虚空”是不可 能存在的，整个宇宙充满着一种易动的物质，这种物质就 是“以太”。 17世纪，惠更斯也用了“以太”的说法。 麦克斯韦也援用“以太”的概念。他把“以太”看成 电磁场的物质基础,认为电磁现象是“以太”运动的表现。
2、迈克尔逊——莫雷实验
由于人们把“以太”选作绝对静止的参照系，因此在19 世纪，人们热衷于寻找出地球相对于以太的绝对速度。1881 年，美国人迈尔耳逊设计了一个实验，但是却得到“0”结 果。1887年迈尔耳逊和莫雷合作，又重复实验，但实验结果 仍然是“零结果”。根据这一结果，“以太”显然是一厢情 愿的设想，尽管不断改进，但结论却相同。
亨利.庞加莱
1904年庞加莱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。”庞 加莱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。
一、走在爱因斯坦前面的人
人名 麦克斯韦 贡献 创建电磁理论 影响
赫兹
佛格特 拉摩
修改麦克斯韦方程
1887年提出佛格特变换， 与洛伦兹变换相似 洛伦兹知道佛格特的工 作，但没有足够注意。
拉摩进动和拉摩变换
费兹杰惹
洛伦兹 庞加莱
独立地提出洛伦兹变换
提出电子论和洛伦兹变 爱因斯坦读过洛伦 换 兹1895年的著作 提出相对性原理
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。
庞加莱提出相对性原理
法国著名科学家庞加莱（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。
二、爱因斯坦简介
1879年3月14日生于德国乌尔姆一 个犹太人家庭。 父亲是小商人，母亲 是钢琴家。上学后，成绩平平，但爱 动脑筋，12岁曾证明勾股定理。 1896年，爱因斯坦成为一个无国 籍的人，并考进了联邦工业大学。大 学期间，爱因斯坦迷上了物理学，一 方面，他阅读了德国著名物理学家基 尔霍夫、赫兹等人的著作，钻研了麦 克斯韦的电磁理论和马赫的力学，并 经常去理论物理学教授的家中请教。 另一方面，他的大部分时间是去物理 实验室去做实验，迷恋于直接观察和 测量。
第六章 相对论的建立与发展
ห้องสมุดไป่ตู้
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5
历史背景 爱因斯坦创建狭义相对论的经过 狭义相对论的遭遇和实验检验 广义相对论的建立 广义相对论的实验检验
相对论会让 大家想到什么？
天上一日 地下一年？
宇宙航行
热锅上的蚂蚁？
时空穿梭
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
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。 在伯尔尼专利局的日子里，爱因斯坦广泛关注物理学界的 前沿动态，在许多问题上深入思考，并形成了自己独特的见解。 在十年的探索过程中，爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论， 特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚 信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是 绝对参照系中以太的存在。
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。 1914年 应洛伦兹和埃伦菲斯特的邀请，兼任荷兰莱顿大学特 邀教授。回德国不到四个月，第一次世界大战爆发，他投入公 开的和地下的反战活动。他经过8年艰苦的探索,于1915年最后 建成了广义相对论。 1921年 获得诺贝尔物理奖。 1933年 受德国纳粹迫害移居美国，为普林斯顿研究所研究员。 1940年加入美国国籍。 1955年4月18日去世。
6.1 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。
1.牛顿力学时空观
绝对的，真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本 性而均匀的与任何外界对象无关的流逝。 ——牛顿 绝对空间，就其本质来说，独立于外界任何事物，总是始 终如一和静止不动的。 ——牛顿
青年时期
• 爱因斯坦少年时期就对哲学有兴趣。康德的《纯粹理性批判》，马赫的 《力学史评》都给了他深刻的影响。1902年前后，爱因斯坦和几个年轻朋 友组成“奥林比亚科学院”每晚聚在一起，研读斯宾诺莎、休谟、彭加勒 等人的科学和哲学著作。斯宾诺莎关于自然界统一的思想，休谟的时空观， 马赫对牛顿绝对时空观的批判都引起爱因斯坦极大的兴趣。
6.2 爱因斯坦创建狭义相对论的经过
爱因斯坦是德国人，有犹太血统， 1900年毕业于瑞士 苏黎世工业大学，1901年入瑞士国籍，大学毕业两年后才在 伯尔尼瑞士专利局找到技术员的工作。就在专利局工作期间， 1905年头几个月一连发表了四篇重要论文，分别在辐射理论、 分子运动论和力学与电动力学的基础理论等三个不同的领域 提出了新的见解。其中《论动体的电动力学》一文更具有划 时代的意义，文中第一次提出了崭新的时间空间理论，一举 解决了光速的不变性与速度合成法则之间的矛盾以及电磁理 论中的不对称等难题。爱因斯坦把这个理论称为相对性理论， 简称相对论，后来又叫狭义相对论。