高中物理相对论的诞生优质PPT课件.pptx

1、相对论的诞生相对论的诞生牛顿运动定律成立的参考系，称牛顿运动定律成立的参考系，称为为惯性参考系，简称惯性系惯性参考系，简称惯性系牛牛顿运动定律不成立的参考系顿运动定律不成立的参考系，称，称为为非惯性系非惯性系复习回顾复习回顾新知预习新知预习1.惯性系：如果惯性系：如果 _定律定律在某个参考系中成立，这个在某个参考系中成立，这个参考系就叫惯性系。参考系就叫惯性系。2经典相对性原理经典相对性原理表述一：力学规律在表述一：力学规律在任何任何_ 中中都是相同的。都是相同的。表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验表述二：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都都_判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系

2、做判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做 运动。运动。表述表述三：任何惯性系都是三：任何惯性系都是 的。的。知识点一：经典的相对性原理知识点一：经典的相对性原理牛顿运动牛顿运动惯性系惯性系不能不能匀速直线匀速直线平权平权新知预习新知预习1.狭义相对性原理狭义相对性原理在在_参考系参考系中，一切物理定律都是相同的。中，一切物理定律都是相同的。2光速不变原理光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中真空中的光速在不同的惯性参考系中都是都是_的的，光速与，光速与光源、观测者间的光源、观测者间的相对运动相对运动_关系关系。知识点二：狭义相对论的两个基本假设知识点二：狭义相对论的两个基本假设不同的惯性

3、不同的惯性相同相同没有没有世界物理年徽标世界物理年徽标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：被赞誉为被赞誉为：“一座庄严雄一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂的美丽庙堂”！威廉威廉汤姆汤姆孙孙“明朗的天空中明朗的天空中还有还有两朵两朵小小的、小小的、令人不安的令人不安的乌云乌云”两朵两朵 “乌云乌云”：与黑体辐射有关与黑体辐射有关与光速问题有关与光速问题有关量子力学量子力学相对论相对论1.惯性系：惯性系： 牛顿运动定律成立的参考系牛顿运动定律成立的参考系惯性系。惯性系。 注意：相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的另一个参考系注意：相对于一个惯

4、性参考系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。也是惯性系。2.非惯性系非惯性系 牛顿定律不成立的参考系就是非惯性系。牛顿定律不成立的参考系就是非惯性系。以以地面为参考系地面为参考系，球是球是静止静止的，的，合力为零合力为零；可是以加速运动车厢；可是以加速运动车厢为参考系，球确是为参考系，球确是加速向左加速向左运动运动的，根据牛顿第二定律，可知其的，根据牛顿第二定律，可知其合力不为零合力不为零。车厢是车厢是“非非惯性系惯性系”特别提醒：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？我们我们通常选大地是惯性参考系，通常选大地是惯性参考系，

5、相对于地面静止或做匀速相对于地面静止或做匀速运动的物体运动的物体都是惯性参考系；都是惯性参考系；相对于地面做变速运动相对于地面做变速运动的物的物体都是非惯性参考系。体都是非惯性参考系。例例1.去年夏季多数城市连降大雨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处，则，则下列说法正确的是下列说

6、法正确的是()A飞机为非惯性参考系飞机为非惯性参考系B飞机为惯性参考系飞机为惯性参考系C灾民为非惯性参考系灾民为非惯性参考系 D灾民为惯性参考系灾民为惯性参考系相对于地面静止或做匀速运动相对于地面静止或做匀速运动1.伽利略相对性原理伽利略相对性原理 第一种表述：第一种表述：力学规律力学规律在任何在任何惯性系惯性系中都是相同的中都是相同的. 第二种表述：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能第二种表述：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. 第三种表述：第三种表述：任何惯性系都是任何惯性

7、系都是平权平权的。的。 但是十九世纪中叶，人们在研究与物体运动有关的电但是十九世纪中叶，人们在研究与物体运动有关的电磁现象时，发现磁现象时，发现电磁现象的规律不符合电磁现象的规律不符合相对性原理。相对性原理。电磁波的速电磁波的速度等于度等于光速光速c不涉及参考系的不涉及参考系的问题问题!v光速光速 c光速光速cv 实验实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是对运动，光速都是恒定恒定的的8310 m/sc 迈克尔迈克尔孙孙莫雷模拟实验莫雷模拟实验证明：光速证明：光速的测量结果与光源和测量的测量结果与光源和测量者的相对运动无关者的相对运动无关，即

8、，即与参考系无关。与参考系无关。可见光可见光和电磁波的运动不服从相对和电磁波的运动不服从相对性原理性原理.上述的矛盾使物理学家面临两个选择上述的矛盾使物理学家面临两个选择修补修补：修正现有的理论，去迎合实验结果修正现有的理论，去迎合实验结果 (这这相对比较容易，但常常无效相对比较容易，但常常无效) 创新创新：彻底摆脱彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只适用麦克斯韦电磁理论只适用于某一特殊的惯性系于某一特殊的惯性系”，创立全新的理论。，创立全新的理论。 2.狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设狭义相对性狭义相对性原理原理 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的。在不同的惯性参考系，一切物

9、理规律都是相同的。光速不变原理光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的相同的，光速与光源、，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。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个假设的基础上爱因斯坦建立了一套完整的理论完整的理论狭义相对论狭义相对论3.对对两个两个基本假设的基本假设的正确理解正确理解自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他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；所有的物理学规律；强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或

10、观察者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的运动，也不依赖于光的传播方向 几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结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。果都不违背光速不变原理。例例2.甲、乙两同学在平直的马路上骑车匀速向东行驶，甲、乙两同学在平直的马路上骑车匀速向东行驶，甲同学的速度为甲同学的速度为v1=10m/s，乙同学的速度为，乙同学的速度为v2=15m/s，乙同学相对于甲同学的速度大小是多少？，乙同学相对于甲同学的速度大小是多少？ 解：解：v v2 - v1 15m/s-10m/s5m/s以甲以甲同学为参

11、考系同学为参考系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，一方面是承认，一方面是牛顿力学牛顿力学在解决力学问题获得的巨大成功；在解决力学问题获得的巨大成功；另一方面另一方面观察结果与人们的经验相符观察结果与人们的经验相符。例例3.火箭火箭以以0.75c的的速度离开地球，从火箭上向地球发速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号。火箭上的测得光离开的速度射一个光信号。火箭上的测得光离开的速度是是c，光到光到达地球上时测得的光速是多少达地球上时测得的光速是多少？光速不变原理光速不变原理答：光速仍为答：光速仍为c例例4.设设某人在以

12、速度为某人在以速度为0.5c的飞船上打开一个光源，则下列的飞船上打开一个光源，则下列说正确的是说正确的是()A飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5cB飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5cC在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是是cD在地面上任何地方的观察者看到的光速在地面上任何地方的观察者看到的光速都是都是c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。CD小小 结结一.经典相对性原理经典相对性原理 力学规律力学规律在任何在任何惯性系惯性系中都是相同的中都是相同的二.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三三.狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本假设 1.狭义相对性原理狭义相对性原理 在不同的在不同的惯性参考系惯性参考系，一切物理规律一切物理规律都是相同的都是相同的 2.光速不变原理光速不变原理 真空中的光速真空中的光速在不同的惯性参考系中是在不同的惯性参考系中是相同相同的，光速的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。与光源、观察者间的相对运动没有关系。