高建平_ 高二 _物理_《相对论》课件

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1、第5章新时空观的确立高建平世界物理年徽标凡是牛顿运动定律成立的参照系，称为惯性参照系，或简称惯性系。地面参照系是惯性系，相对地面做匀速直线运动的船也是惯性系。一般而言，相对惯性系做匀速直线运动的任何参照系，都是惯性系。牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性系．相对任何惯性系，力学规律都具有相同的形式。换言之，在描述力学的规律上，一切惯性系都是等价的。这一原理称为伽利略相对性原理，或经典力学的相对性原理。狭义相对论效应爱因斯坦分析了物理学的发展，特别是电磁理论，于1905年提出了狭

2、义相对论。狭义相对论的基本原理可表述于下：1.相对性原理相对任何惯性系，包括电磁理论在内的物理规律具有相同的形式。也就是说，没有任何物理实验能确定一个惯性系的运动状态。2.光速不变原理相对任何惯性系，真空中的光速都是一个常量，c＝3.0×108米/秒，与传播的方向无关，与光源的速度也无关。在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设，我们会得出“同时是相对的”这样一个结论．同时是相对的一、“同时”的相对性车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达前后

3、车厢的先后是不一样的．车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁结论：1、对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的关键：在各个参考系中光速都为c2、地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的关键：相对运动二、长度的相对性v车上的人看到的车厢的长度：车外的人看到的车厢的长度：注意：长度缩短效应只发生在相对运动的方向上如上例中的X轴方向上，在Y轴方向上无长度缩短效应动尺变短（空间收缩效应）S′O′X′Y′OSXY●结论一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小斐

4、克小伙剑术精，出刺迅捷如流星，由于空间收缩性，长剑变成小铁钉.例：一根直杆在S系中，其静止长度为l，与x轴的夹角为。试求：在S'系中的长度和它与x’轴的夹角。两惯性系相对运动速度为u。解：三、时间间隔的相对性在站台上看运动火车上的钟在火车上看运动站台上的钟高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．由光速不变原理便得到不同的时间间隔对于车厢内的人：对于车厢外的人：h相对速度与动钟延缓效应(τ=1s）V（米/秒）0.1c=3×1070.5c0.8c0

5、.9c0.99c0.999c0.9998cT(秒)1.011.151.672.297.122.450时空相对性的实验验证根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得慢．1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照．实验结果与理论预言符合的很好．这是相对论的第一次宏观验证．物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质量是否随着速度而变化？严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：m为运动质量﹥m0为静止质

6、量四、相对论质量物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：这就是著名的爱因斯坦质能方程五、质能方程质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系.物体的动能运动时的能量静止时的能量在v＜＜c时的一种近似这就是动能表达式．具体推导过程如下：这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速情况下的特例．课本P116思考与讨论早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中μ子的数量，结果与相对论预言完全一致．当两个参考系的相对速度可与

7、光速相比时，时间与空间的相对性才比较明显．狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际上它已经成为微观粒子研究的基础之一．牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。人类对于空间、时间更进一步的认识而形成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，不断发展、不断完善起来的。六、相对论的时空观相对论的速度变换公式地面上的人看到车上人相对地面的速度为：车对地的速度为v，人对车的速度为u/v

8、如果车上人运动方向与火车运动方向相反，则u’取负值课本P115思考与讨论微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响．1988年，中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次