2021-2022学年高二物理竞赛课件：狭义相对论(共14张PPT).pptx

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1、狭义相对论狭义相对论河南城建学院 杜亚冰比比较较伽利略变换伽利略变换洛仑兹洛仑兹变换变换绝对时空观绝对时空观狭义相对论时空观狭义相对论时空观相对论动力学基础相对论动力学基础牛顿相对牛顿相对性原理性原理狭义相对性原理狭义相对性原理第十五章第十五章 狭义相对论狭义相对论难点难点难点难点:物质观的深化物质观的深化重点重点重点重点:相对论基本原理；洛仑兹变换；时空观相对论基本原理；洛仑兹变换；时空观河南城建学院 杜亚冰“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。横看成岭侧成峰，远近高低各不同。”苏轼苏轼题西林壁题西林壁人类面对事物人类面对事物“相对性相对性”的不同态度：的不同态度：（1）只承认自己看到的是真的，

2、根本否认还有只承认自己看到的是真的，根本否认还有其它的可能性其它的可能性.（2）“公说公有理，婆说婆有理。公说公有理，婆说婆有理。”哲学上哲学上的的“相对主义相对主义”的派别的派别.（3）超越从个别角度（物理学里的参考系）认超越从个别角度（物理学里的参考系）认识问题的局限性，寻求不同参考系之间的变换关系，识问题的局限性，寻求不同参考系之间的变换关系，以及变换过程中那些不变性以及变换过程中那些不变性.不变性不变性：是物理定律，是自然界中与观察者无关：是物理定律，是自然界中与观察者无关的客观规律的客观规律.15151 1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到

3、的困难河南城建学院 杜亚冰 “相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理相对论的兴起是由于实际需要，是由于旧理论中的矛盾非常严重和深刻，而看来旧理论对这些论中的矛盾非常严重和深刻，而看来旧理论对这些矛盾已经没法避免了。矛盾已经没法避免了。”爱因斯坦爱因斯坦 自觉地去探索不同参考系中物理量、物理规律自觉地去探索不同参考系中物理量、物理规律之间的变换关系（相对性原理），和变换中的不变之间的变换关系（相对性原理），和变换中的不变量（对称性），以便超越自我认识上的局限性，去量（对称性），以便超越自我认识上的局限性，去把握物理世界中更深层次的奥秘把握物理世界中更深层次的奥秘.现代物理方法论精髓现代物理方法论

4、精髓河南城建学院 杜亚冰 一一 伽利略变换式伽利略变换式 经典力学的相对性原理经典力学的相对性原理 问：问：相对于不同的参考系相对于不同的参考系,经典力学定律的形经典力学定律的形式是完全一样的吗式是完全一样的吗？牛顿力学的回答牛顿力学的回答:*对于任何惯对于任何惯性参照系性参照系,牛顿力牛顿力学的规律都具有学的规律都具有相同的形式相同的形式.这这就是就是牛顿力学的牛顿力学的相对性原理相对性原理 .河南城建学院 杜亚冰S系系和和 系系坐标轴相互平行坐标轴相互平行系系相对于相对于S系系沿沿+x方向以速率方向以速率v 运动运动事件：事件：t 时刻，物体到达时刻，物体到达 P 点点当当 时时与与 重合

5、重合伽利略变换伽利略变换 伽利略伽利略坐标变换坐标变换河南城建学院 杜亚冰伽利略速度变换伽利略速度变换伽利略加速度变换伽利略加速度变换 在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿运动在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿运动定律具有相同的形式定律具有相同的形式.河南城建学院 杜亚冰注注 意意 牛顿力学的相对性原理，牛顿力学的相对性原理，在宏观、低在宏观、低速的范围内，是与实验结果相一致的速的范围内，是与实验结果相一致的.经典力学认为：经典力学认为：1）空间的量度是绝对的，与）空间的量度是绝对的，与参考系无关；参考系无关；2）时间的量度也是绝对的，与参考）时间的量度也是绝对的，与参考系无关系无关.绝

6、对时空概念：时间和空间的量度和参考系无绝对时空概念：时间和空间的量度和参考系无关关,长度和时间的测量是绝对的长度和时间的测量是绝对的.二二 经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观绝对绝对时间时间:所有惯性系有统一的时间所有惯性系有统一的时间.绝对绝对空间空间：空间与运动无关空间与运动无关，空间是绝对静止的空间是绝对静止的.河南城建学院 杜亚冰 “绝对的真实的数学时间绝对的真实的数学时间,就其本质而言就其本质而言,是永远均匀地是永远均匀地流逝着流逝着,与任何外界无关与任何外界无关.”“绝对空间就其本质而言绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的是与任何外界事物无关的，它它从不运动从不运动,并

7、且永远不变并且永远不变.”牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观牛顿力学的相对性原理牛顿力学的相对性原理 实践已证明实践已证明,绝对时空观是不正确的绝对时空观是不正确的.河南城建学院 杜亚冰 问：问：对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的形对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的形式是一样的吗式是一样的吗？真空中的光速真空中的光速 对于两个不同的惯性对于两个不同的惯性参考系参考系,光速满足伽利略光速满足伽利略变换吗变换吗？三三 伽利略变换的困难伽利略变换的困难光速依赖于惯性参考系的选取吗光速依赖于惯性参考系的选取吗?河南城建学院 杜亚冰球球投投出出前前结果结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球观察

8、者先看到投出后的球，后看到投出前的球.试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间到观察者所需要的时间.(根据根据伽利略变换伽利略变换)球球投投出出后后河南城建学院 杜亚冰 迈克尔孙迈克尔孙 莫雷实验莫雷实验 为了测量地球相对于为了测量地球相对于“以太以太”的运动的运动,1881年迈年迈克尔孙用他自制的干涉仪进行测量克尔孙用他自制的干涉仪进行测量,没有结果没有结果.1887年年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验,仍得到零结仍得到零结果果,即即未观测到地球相对未观测到地球相对“以太以太”的运动的运动

9、.人们为维护人们为维护“以太以太”观念作了种种努力，观念作了种种努力，提出了提出了各种理论各种理论，但这些理论或与天文观察，或与其它的实，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验事实相矛盾，最后均以验事实相矛盾，最后均以失败失败告终告终.实验结果实验结果 未未观察到地球相对于观察到地球相对于“以太以太”的运动的运动.仪器可测量精度仪器可测量精度理论预测理论预测河南城建学院 杜亚冰实验装置：实验装置：设设“以太以太”参考系为参考系为S S系、实验室为系、实验室为S S系系河南城建学院 杜亚冰结论结论：作为绝对参考系的：作为绝对参考系的以太不存在以太不存在.以后又有许多人在不同季节、时刻、方向上反以后又有许多人在不同季节、时刻、方向上反复重做迈克耳孙复重做迈克耳孙-莫雷实验近年来莫雷实验近年来,利用激光使这个利用激光使这个实验的精度大为提高实验的精度大为提高,但结果却没有任何变化但结果却没有任何变化 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验测到莫雷实验测到以太漂移速度为零以太漂移速度为零,对以太对以太理论是一个沉重的打击理论是一个沉重的打击,被被人们称为是笼罩在人们称为是笼罩在1919世纪物世纪物理学上空的一朵乌云理学上空的一朵乌云.