1、高中物理新人教版選修- 4系列課件,15.1相對論誕生,教學(xué)目標(biāo),知識與技能： （1）了解相對論誕生的歷史背景，知道麥克耳孫一莫雷實驗 （2）了解經(jīng)典的相對性原理 （3）知道相對性原理與電磁規(guī)律之間的矛盾 （4）知道狹義相對論的兩個基本假設(shè) 過程與方法：（1）了解對經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)部矛盾的探索過程 （2）理解愛因斯坦建立相對論的科學(xué)探究思想和邏輯推理方法 情感態(tài)度價值觀： （1）明確物理理論的發(fā)展的基礎(chǔ)實驗 教學(xué)重點、難點 ：狹義相對論的兩點假設(shè) 教 學(xué) 方 法 ：閱讀小結(jié),牛頓的經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)就是以牛頓命名的三條定律，這一理論形成于十七世紀(jì)，在以后的兩個多世紀(jì)里，牛頓力學(xué)對科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展起了巨

2、大的推動作用，同時自身也得到了很大發(fā)展。但是，進(jìn)入二十世紀(jì)，物理學(xué)研究的領(lǐng)域開始深入到了微觀高速領(lǐng)域，這時人們發(fā)現(xiàn)牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用。物理學(xué)的發(fā)展要求對牛頓力學(xué)以及某些長期認(rèn)為是不言自明的基本觀念作出根本性的變革，物理學(xué)需要一場革命！ 二十世紀(jì)初誕生的相對論和量子力學(xué)就是這場從經(jīng)典物理向近代物理變革的標(biāo)志,20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家,愛因斯坦,一、經(jīng)典的相對性原理,1、慣性系： 牛頓運動定律成立的參考系 相對于一個慣性參考系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系 2、伽利略相對性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的 還可表述為：在一個慣性參考系內(nèi)進(jìn)行的任何力學(xué)實驗都不能判斷這個慣性系是否

3、相對于另一個慣性系做勻速直線運動；或者說，任何慣性系都是平權(quán)的。,牛頓的伽利略相對性原理是作為基本假設(shè)提出來的，它之所以為人們接受承認(rèn)，一方面是牛頓力學(xué)在解決力學(xué)問題獲得的巨大功；另一方面觀察結(jié)果與人們的經(jīng)驗相符。,但是十九世紀(jì)中葉，人們在研究與物體運動有關(guān)的電磁現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)在電磁現(xiàn)象的規(guī)律不符合相對性原理,其中最典型的就是光速的問題,不同的參考系中觀察物體的運動情況可能不同，物體在空間移動這一概念也是相對的,在不同參考系中觀察物體的運動情況,光速恒定的特性，同運動的相對性原理之間似乎產(chǎn)生了矛盾？,但是實驗現(xiàn)象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的,v,光速,光速,這一結(jié)論還特

4、別為后來的很多精確的實驗所證實，最著名的是1887年邁克爾遜和莫雷所做的實驗。它們都明確無誤地證明光速的測量結(jié)果與光源和測量者的相對運動無關(guān)，亦即與參照系無關(guān)。 可見光和電磁波的運動不服從伽利略相對原理.,任何參照系中測得的光在真空的速率都應(yīng)該是這一數(shù)值,當(dāng)時人們?yōu)榱私鉀Q這個困難，提出了三種可能： （1）麥克斯韋電磁理論有錯，正確的電磁方程組應(yīng)滿足伽利略不變性。 （2）牛頓力學(xué)與麥克斯韋電磁理論都對，但麥克斯韋電磁理論只在某一特殊的慣性系成立。 （3）牛頓力學(xué)與伽利略變換不對，應(yīng)存在某種變換，麥克斯韋電磁理論在這種新的變換下具有不變性。這意味著經(jīng)典牛頓力學(xué)要作修改，修改后的力學(xué)方程在新的變換下

5、具有不變性。,二、相對性原理與電磁規(guī)律,19世紀(jì)后半葉和20世紀(jì)初，物理學(xué)家們曾經(jīng)猜想，有一種叫做以太的介質(zhì)，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳播時所需要的介質(zhì)，拿以太做參考系時麥克斯韋的電磁理論才成立今天看來，以太是某一特殊參考系的代表麥克爾遜實驗表明不存在這樣的特殊參考系，實際上就是宣布宇宙間不存在以太,麥克爾遜莫雷實驗,上述的矛盾使物理學(xué)家面臨兩個選擇，一是修正現(xiàn)有的理論，去迎合實驗結(jié)果（這相對比較容易，但常常無效）； 另一種主張徹底擺脫“麥克斯韋電磁理論只適用于某一特殊的慣性系”，創(chuàng)立全新的理論。愛因斯坦、龐加萊等人選擇了后者并提出了兩個假設(shè)：,三、狹義相對論的兩個基本假設(shè),1、狹義相對性原理

6、 在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的 2、光速不變原理 真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關(guān)系。,就是在看來如此簡單且最一般的兩個假設(shè)的基礎(chǔ)上愛因斯坦建立了一套完整的理論狹義相對論,對兩個基本原理的正確理解,自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律； 強(qiáng)調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運動，也不依賴于光的傳播方向 幾十年來科學(xué)家采用各種先進(jìn)的物理技術(shù)測量光速，結(jié)果都不違背光速不變原理。,小 結(jié),一、伽利略相對性原理 力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的 二、相對性原理與電磁規(guī)律發(fā)生矛盾 三、狹義相對論的兩個基本假設(shè) 1、狹義相對性原理 在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的 2、光速不變原理 真空中的光速在不同的慣性參考系中是相同的，光速與光源、觀察者間的相對運動沒有關(guān)系。,相對論的時空觀念與人們固有的時空觀念差別很大，很難被普通人所理解。人們都稱贊愛因斯坦偉大，但又常常弄不懂這偉大的內(nèi)容。這使人們想起英國詩