第一节相对论的诞生

课堂小结
一、相对性原理 相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的 在任何惯性系 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 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 惯性参考系， 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 在不同的惯性参考系中是相同 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。 光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
第一节相对论的诞生
安陆市第一高级中学
19世纪末物理学取得了巨大的成就： 19世纪末物理学取得了巨大的成就： 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
形成了完整的科学体系，并被赞誉为： 形成了完整的科学体系，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” 一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”
例1
甲、乙两同学在平直的马路上骑车匀速向东 行驶，甲同学的速度为v =10m/s， 行驶，甲同学的速度为v1=10m/s，乙同学 的速度为v =15m/s， 的速度为v2=15m/s，乙同学相对于甲同学 的速度大小是多少？ 的速度大小是多少？ 15m/s-10m/s＝ V ＝ v2 - v1＝15m/s-10m/s＝5m/s
二、相对性原理与电磁规律
v
光速＝ 光速＝ c
光速＝ 光速＝ c − v
但是实验现象表明， 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． 样的相对运动，光速都是恒定的．
二、相对性原理与电磁ห้องสมุดไป่ตู้律
19世纪后半叶和20世纪初， 19世纪后半叶和20世纪初，物 世纪后半叶和20世纪初 理学家们曾经猜想，有一种叫 理学家们曾经猜想， 以太的介质 弥漫在宇宙中， 的介质， 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． 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． 代表．麦克尔逊实验表明不存 在这样的特殊参考系， 在这样的特殊参考系，实际上 就是宣布宇宙间不存在以太． 就是宣布宇宙间不存在以太．
麦 克 尔 逊 莫 雷 实 验
二、相对性原理与电磁规律
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， 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） 这相对比较容易，但常常无效） 创新：彻底摆脱“ 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。 于某一特殊的惯性系”，创立全新的理论。 爱因斯坦等人选择了后者， 爱因斯坦等人选择了后者，并提出了两假设
一、经典的相对性原理
相对性原理是作为基本假设提出来的， 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， 受承认，一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大成 另一方面观察结果与人们的经验相符。 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， 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， 的电磁现象时，发现电磁现象的规律不符合相对性原 理
对两个基本原理的正确理解
①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁 自然规律不仅包括力学规律， 学规律等其他所有的物理学规律； 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， 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。 测量光速，结果都不违背光速不变原理。
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， 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， 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。 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 础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义 相对论
一、经典的相对性原理
1、惯性系： 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： 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。 速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的。
其中最典型的就是光速的问题 其中最典型的就是光速的问题 光速
二、相对性原理与电磁规律
19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达到了顶 19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达到了顶 峰。他的成就在于将当时所有的已知的电磁 学的知识归纳集中于四个方程之中
由麦克斯韦方程组直接得出：电磁波的速度等于光速 由麦克斯韦方程组直接得出： 并不涉及参考系的问题， C，并不涉及参考系的问题，麦克斯韦的电磁理论相 对哪个参考系成立？ 对哪个参考系成立？
德国物理学家普朗克立志要献身理论物理学时，他的 德国物理学家普朗克立志要献身理论物理学时， 老师也劝他说： 年轻人， 老师也劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成的了 的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科， 的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科， 太可惜了。 当时的物理学已发展到了巅峰状态。 太可惜了。”当时的物理学已发展到了巅峰状态。 1900年英国皇家学会的新年庆祝会上 年英国皇家学会的新年庆祝会上， 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， 学家，威廉.汤姆孙，回顾了物理在过去几百年中的发 充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成， 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。 来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。 同时他也承认： 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” “明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”