高中物理 15.1相对论的诞生 新人教版选修3-4
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第一节 相对论的诞生
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牛顿的经典力学的基础就是以牛顿命 名的三条定律，这一理论形成于十七世纪， 在以后的两个多世纪里，牛顿力学对科学和 技术的发展起了巨大的推动作用，同时自身 也得到了很大发展。但是，进入二十世纪， 物理学研究的领域开始深入到了微观高速领 域，这时人们发现牛顿力学在这些领域不再 适用。物理学的发展要求对牛顿力学以及某 些长期认为是不言自明的基本观念作出根本 性的变革，物理学需要一场革命！
二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是 这场从经典物理向近代物理变革的标志
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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 相对于一个惯性参考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
力学规律在任何惯性系中都是相同的 还可表述为：在一个惯性参考系内进行的 任何力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。
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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＝c
光速＝ cv
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c2 .9 9 18m 0 1S
任何参照系中测得的光在真空的速率 都应该是这一数值
这一结论还特别为后来的很多精确的实验 所证实，最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷 所做的实验。它们都明确无误地证明光速的 测量结果与光源和测量者的相对运动无关， 亦即与参照系无关。
①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁 学规律等其他所有的物理学规律；
②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于 光源或观察者的运动，也不依赖于光的传 播方向
③几十年来科学家采用各种先进的物理技术 测量光速，结果都不违背光速不变原理。
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小结
一、伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的
二、相对性原理与电磁规律发生矛盾 三、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 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。
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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
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三、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
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。
就是在看来如此简单且最一般的两个假设的
基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭
义相对论
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对两个基本原理的正确理解
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来自百度文库
牛顿的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， 一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨 大功；另一方面观察结果与人们的经验相符。
但是十九世纪中叶，人们在研究与 物体运动有关的电磁现象时，发现在电磁 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
不同的参考系中观察物体的运动情况可能不 同，物体在空间移动这一概念也是相对的．
可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 性原理.
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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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二、相对性原理与电磁规律
19世纪后半叶和20世纪初， 物理学家们曾经猜想，有一种叫 做以太的介质，弥漫在宇宙中， 它是电磁波传播时所需要的介质， 拿以太做参考系时麦克斯韦的电 磁理论才成立．今天看来，以太 是某一特殊参考系的代表．麦克 尔逊实验表明不存在这样的特殊 参考系，实际上就是宣布宇宙间 不存在以太．
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。
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麦克尔逊莫 雷 实 验 迈克尔逊－莫雷实验.asf
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上述的矛盾使物理学家面临两个选择， 一是修正现有的理论，去迎合实验结果 （这相对比较容易，但常常无效）； 另一 种主张彻底摆脱“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。爱因斯坦、庞加莱等人选择了后 者．并提出了两个假设：
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牛顿的经典力学的基础就是以牛顿命 名的三条定律，这一理论形成于十七世纪， 在以后的两个多世纪里，牛顿力学对科学和 技术的发展起了巨大的推动作用，同时自身 也得到了很大发展。但是，进入二十世纪， 物理学研究的领域开始深入到了微观高速领 域，这时人们发现牛顿力学在这些领域不再 适用。物理学的发展要求对牛顿力学以及某 些长期认为是不言自明的基本观念作出根本 性的变革，物理学需要一场革命！
二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是 这场从经典物理向近代物理变革的标志
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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 相对于一个惯性参考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
力学规律在任何惯性系中都是相同的 还可表述为：在一个惯性参考系内进行的 任何力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。
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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＝c
光速＝ cv
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c2 .9 9 18m 0 1S
任何参照系中测得的光在真空的速率 都应该是这一数值
这一结论还特别为后来的很多精确的实验 所证实，最著名的是1887年迈克尔逊和莫雷 所做的实验。它们都明确无误地证明光速的 测量结果与光源和测量者的相对运动无关， 亦即与参照系无关。
①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁 学规律等其他所有的物理学规律；
②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于 光源或观察者的运动，也不依赖于光的传 播方向
③几十年来科学家采用各种先进的物理技术 测量光速，结果都不违背光速不变原理。
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小结
一、伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的
二、相对性原理与电磁规律发生矛盾 三、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 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。
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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
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三、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
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。
就是在看来如此简单且最一般的两个假设的
基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭
义相对论
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对两个基本原理的正确理解
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来自百度文库
牛顿的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， 一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨 大功；另一方面观察结果与人们的经验相符。
但是十九世纪中叶，人们在研究与 物体运动有关的电磁现象时，发现在电磁 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
不同的参考系中观察物体的运动情况可能不 同，物体在空间移动这一概念也是相对的．
可见光和电磁波的运动不服从伽利略相对 性原理.
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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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二、相对性原理与电磁规律
19世纪后半叶和20世纪初， 物理学家们曾经猜想，有一种叫 做以太的介质，弥漫在宇宙中， 它是电磁波传播时所需要的介质， 拿以太做参考系时麦克斯韦的电 磁理论才成立．今天看来，以太 是某一特殊参考系的代表．麦克 尔逊实验表明不存在这样的特殊 参考系，实际上就是宣布宇宙间 不存在以太．
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。
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麦克尔逊莫 雷 实 验 迈克尔逊－莫雷实验.asf
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上述的矛盾使物理学家面临两个选择， 一是修正现有的理论，去迎合实验结果 （这相对比较容易，但常常无效）； 另一 种主张彻底摆脱“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。爱因斯坦、庞加莱等人选择了后 者．并提出了两个假设：