第十五章 相对论简介 复习课件

第十五章相对论简介,上下四方曰“宇”，古往今来曰“宙”-尸佼（战国时期思想家）,开篇辞：,宇宙：包括地球及其他一切天体的无限时空。哲学上称之为“世界”-汉语词典解释,第十五章：相对论简介,本章内容：,2节：时间和空间的相对性,1节：相对论的诞生,3节：狭义相对论的其他结论,4节：广义相对论简介,第十五章：相对论简介,教学安排：,鉴于本章内容的特殊性（抽象难懂；考试难遇），对本章教学做如下安排：本章教学用一课时；以讲座的形式完成教学；只要求记住几个结论，知道爱因斯坦；课后有兴趣可自行阅读教材。,望同学们照章行事。,相对论的诞生,到19世纪末，物理学的研究和发展在大多人看来可以说是“功德圆满”了。以经典力学、热力学、统计物理学、电磁场理论等为主要内容的物理学已形成了完整的科学体系，自然界的各种物理现象几乎都得到合理的解释。在这世纪之交时期，众多的物理学家踌躇满志，陶醉成就。1900年英国皇家学会（类同于中国科学院）的新年庆祝会上，著名物理学家威廉汤姆逊（创立热力学温标）在演讲中充满自信地宣称：科学大厦业已完成，未来的工作只是做一些修修补补就可以了。更有甚者，德国慕尼黑大学物理学教授约里得知自己年轻的学生普朗克（量子说的创始人）准备献身物理事业时，规劝他说：年轻人，你为什么要断送自己的前途呢？要知道，理论物理学已经终结，没有什么发展了，把自己的一生献给这样的事业值得吗？,相对论的诞生,当人们津津乐道于物理学理论的辉煌成就时，物理学上空其实又黑云压城了。其中有两朵乌云引起了人们的普遍关注：一者是麦克斯韦第一个发现的有关黑体辐射的能量均分定理与实验事实不符，一者是美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作的著名迈克尔逊-莫雷实验（有关光速测量和光的干涉问题的实验）的奇怪结果。为了解决物理学上的这些难题，才又催生物理学界思想大革命。量子论（德国的普朗克创立）和相对论（德国的阿尔伯特爱因斯坦创立）就是在这样的背景环境下诞生了,爱因斯坦是人类历史中最具创造性才智的人物之一。他一生开创了物理学的四个领域：狭义相对论-广义相对论-宇宙学-统一场理论,伟大的探索者：阿尔伯特爱因斯坦,爱因斯坦简介,爱因斯坦（AlbertEinstein,18791955,享年76岁）,1879年3月14日生于德国乌尔姆的一个犹太人家庭，父亲是一个电气工厂的小老板,12岁就通读完几何学原本。数学物理成绩十分出色。自由主义思想很严重。,4岁时就奇怪的琢磨“为啥罗盘针总是转向南北方向？”,1895年（16岁）在阿劳进入大学预科班学习,1896年（17岁）进入瑞士苏黎世工业大学师范系学数理。期间喜欢物理实验，乐读科学书籍，经常思考现代物理问题,1900年，大学毕业。大学毕业后失业两年。他在整个西欧寻找工作机会，但是总是遭到拒绝,1902年，在瑞士一个叫伯尔尼的小专利局做三级鉴定员,1903年，他与大学同学米列娃.玛丽克结婚。,1885年，爱因斯坦开始学小提琴。,爱因斯坦简介,1909年（30岁），离开专利局到苏黎世大学任理论物理学副教授,1905年（26岁），利用工作之余写了6篇论文，其中3月份写了关于光的产生和转化的一个推测性的观点提出了光子说，成功的解释了光电效应现象（10年后由密立根实验证实）（因此获1921年的诺贝尔物理学奖）；6月份写了论运动物体的电动力学文中完整地提出了狭义相对论理论,1911年，任布拉格德国大学理论物理学教授,由于在物理学的三个不同领域完成了历史性的成就，1908年进入伯尔尼大学做兼职编外讲师,1902-1905年，他和两个青年朋友天天晚间聚会阅读和讨论哲学和自然科学问题，并戏称为“奥林比亚科学院”,轶事有一次，他要把墙上的一幅旧画换下来，就搬来一架梯子，一步一步爬上去。突然，他又想起一个问题，沉思起来，忘记自己在做什么了，猛的从梯子上摔下来。摔到地上以后，他顾不得疼痛，马上想到：人为什么会笔直地掉下来呢？看来物体总是沿着阻力最小的线路运动的。爱因斯坦想到这里便马上站立起来，一瘸一拐地走到桌边，提笔把自己的这个想法记了下来。这对他正在研究的问题相对论有很大的启发。,爱因斯坦简介,1933年，移居美国，任普林斯顿高级研究员教授,19151916年，创立广义相对论,1914年，任柏林大学教授和威廉皇家物理研究所所长,1912年，回到母校任苏黎世工业大学教授,1939年，上书罗斯福总统，建议研制原子弹。45年原子弹投放日本后又无比懊悔和愤慨，此后加入反战联盟,1945年，退休,1940年，取得美国国籍,1917年，完成宇宙学理论,1925年起直到死（1955年），探索统一场理论（未完成）,1920年代，爱因斯坦曾到过中国上海,1952年11月9日，爱因斯坦的老朋友以色列首任总统魏茨曼逝世。以色列总理本古里安提请爱因斯坦为以色列共和国总统。被回绝。他说：“方程对我更重要些，因为政治是为当前，而方程却是一种永恒的东西。”,1933年1月30日，纳粹上台。纳粹以2万马克悬赏杀死他。,1955年4月13日发生严重腹痛诊断为动脉出血。4月18日1时25分在医院逝世。,经典的相对性原理,惯性参照系：牛顿运动定律成立的参照系叫惯性参照系,物理学上空飘起了朵朵乌云啊,困惑的问题：真空中的光速c到底相对什么惯性系的？,伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的或者说任何惯性系都是平权的,相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参照系也是惯性系；若相对做变速运动的另一个参照系就是非惯性系,困惑的问题：迈克尔逊-莫雷实验的奇怪结果：光速相对任何参照系都一样结果,狭义相对论的两个基本假设,狭义相对性原理：在不同的惯性参照系中，一切物理规律（而不只是力学规律）都是相同的爱因斯坦认为，自然界不存在特殊的参照系，无论力学规律还是电磁学规律，他们对任何参考系都是一样的,光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性系中都是相同的。真空中的光速于光源、观察者的相对运动毫无关系,时间和空间的相对性,爱因斯坦认为：“同时”也是相对的,爱因斯坦认为：在地面上观察，高速运动的宇宙飞船里的一切过程都变慢了。也就是说，高速运动的飞船里的人看地面上的一切过程都变快了。有公式为证：,爱因斯坦认为：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度要比静止时的长度小。即长度的相对性（沿运动方向长度缩短）。若与杆相对静止的人认为长度为l0，与杆相对运动（相对速度为v）的人认为长度为l，真空中光速为c,则有公式：l=l01-(v/c)2,我国神话故事有：洞中方七日，世上已千年啊,爱因斯坦的时空观（即狭义相对论）开始不被人接受，后来都被人验证是正确的,狭义相对论的其他结论,爱因斯坦的质量观：（注：牛顿力学认为物体质量是恒定不变的）爱因斯坦认为，物体有静止质量m0,有运动质量m，其关系如下：m=m0/1-(v/c)2由此式可得：物体运动的质量总是比静止时的质量大,爱因斯坦质能联系方程是核能开发的理论依据,狭义相对论的一个非常重要的结论：物体的质量和能量间存在着简单的正比关系.质能联系方程：E=mc2,爱因斯坦的速度观：推证出相对速度变化公式（略）,广义相对论简介,爱因斯坦广义相对论认为：物质的引力会使光线发生弯曲,爱因斯坦狭义相对论中指出：在任何惯性参照系中，一切物理规律都是相同的,广义相对性原理：在任何参照系中（包括非惯性参考系），一切物理规律都是相同的,等效性原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运