2019-2020年高中物理 62 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)教案 教科版選修3-4.doc
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2019-2020年高中物理 62 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)教案 教科版選修3-4伽利略相對(duì)性原理 經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀一、伽利略(牛頓力學(xué))相對(duì)性原理對(duì)力學(xué)規(guī)律而言,所有的慣性系都是等價(jià)的或在一個(gè)慣性系中,所作的任何理學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能夠確定這一慣性系本身是靜止?fàn)顟B(tài),還是勻速直線運(yùn)動(dòng)。 力學(xué)中不存在絕對(duì)靜止的概念,不存在一個(gè)絕對(duì)靜止優(yōu)越的慣性系。二、伽利略坐標(biāo)變換式 經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀設(shè)當(dāng)與重合時(shí)作為記時(shí)的起點(diǎn) 同一事件:系中 系中 按經(jīng)典觀念: 或 所謂絕對(duì)時(shí)空:1、時(shí)間:時(shí)間間隔的絕對(duì)性與同時(shí)的絕對(duì)性,即。時(shí)間是與參照系無(wú)關(guān)的不變量。2、空間:若有一把尺子,兩端坐標(biāo)分別為中:中: 有由得,即:長(zhǎng)度(空間間隔)是與參照系無(wú)關(guān)的不變量或長(zhǎng)度(空間間隔)的絕對(duì)性。 即且認(rèn)為 因此:在中,有,得中由牛頓的絕對(duì)時(shí)空以及“絕對(duì)質(zhì)量”的概念,得到牛頓相對(duì)性原理。 總結(jié):牛頓定律在所有慣性系都具有相同的表述形式,即牛頓定律在伽利略變換下是協(xié)變的,牛頓力學(xué)符合力學(xué)相對(duì)性原理。三.引子:相對(duì)論主要是關(guān)于時(shí)空的理論 局限于慣性參考系的理論稱為狹義相對(duì)論,推廣到一般參考系和包括引力場(chǎng)在內(nèi)的理論稱為廣義相對(duì)論。 牛頓力學(xué)的困難:例子:打排球,發(fā)點(diǎn)球超新星爆發(fā)過程中光線傳播引起的疑問,如“蟹狀星云”有較為祥實(shí)的記載?!翱托恰弊畛醭霈F(xiàn)于公元1054年,歷時(shí)23天,往后慢慢暗下來(lái),直到1056年才隱沒。 按牛頓觀點(diǎn):km.s-1光年會(huì)持續(xù)25年,能看到超新星開始爆發(fā)時(shí)發(fā)出的強(qiáng)光,其實(shí)不然電動(dòng)力學(xué)的例子 物理規(guī)律需要用一定參考系來(lái)表述麥克斯韋方程組波動(dòng)方程真空中光速c以太參考系尋找以太參考系尋找到? 愛因斯坦提出:所面臨的困難處境:1存在力學(xué)相對(duì)性原理,但不適于電動(dòng)力學(xué),對(duì)電動(dòng)力學(xué)存在一個(gè)優(yōu)越的慣性系以太參考系。2存在一個(gè)既適用于力學(xué),又適用于電動(dòng)力學(xué)的相對(duì)性原理。但麥克斯韋給出的電動(dòng)力學(xué)規(guī)律麥克斯韋方程組但不正確。3存在一個(gè)既適用于力學(xué),又適用于電動(dòng)力學(xué)的相對(duì)性原理,但牛頓給出的力學(xué)不正確。愛因斯坦認(rèn)為:這種不對(duì)稱不像是自然現(xiàn)象本身所固有的問題,大概發(fā)生在我們所習(xí)慣的舊概念和理論上。他發(fā)現(xiàn):只要把作為經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)的空間和時(shí)間觀念加以改變,這種“不對(duì)稱”就可以消除。他猜想:絕對(duì)靜止這一概念,不僅在力學(xué)中,而且在電動(dòng)力學(xué)中也不符合現(xiàn)象的特性。四.狹義相對(duì)論基本原理(將猜想提升為假設(shè))1狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理(力學(xué)相對(duì)性原理的推廣) 對(duì)一切物理規(guī)律而言,所有慣性系都是等價(jià)的2光速不變?cè)?真空中的光速向?qū)τ谌魏螒T性系沿任一方向恒為c,且與光源運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。