高二物理人教版选修35相对论的诞生

1、.相对论的诞生重/难点重点：狭义相对论的两个根本假设。难点：狭义相对论的两个根本假设。重/难点分析重点分析：通过本节的学习,理解面对迈克耳孙莫雷实验的结果爱因斯坦通过否认以太的存在,同时否认了牛顿力学的绝对空间和绝对时间。理解狭义相对论的两个根本假设,同时以这两个原理为根底,分析一些简单现象。难点分析：狭义相对性原理:在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是一样的。光速不变原理:真空中的光速在不同的惯性参考系中都是一样的,光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。打破策略一、经典的相对性原理力学规律在任何惯性参考系中都是一样的。还可以表述为：在任何惯性参考系中无法用任何力学实验判断该参考系相当于另

2、一个参考系是静止的还是做匀速直线运动，即任何惯性参考系都是平权的。二、相对性原理与电磁规律之间的矛盾迈克耳孙莫雷实验1实验装置如下图 2实验内容:转动干预仪,在程度面内不同方向进展光的干预实验,干预条纹并没有预期的挪动。3实验原理假如两束光的光程一样,或者相差波长的整数倍,在观察屏上就是亮的;假设两束光的光程差不是波长的整数倍,就会有不同的干预结果。由于M1和M2不能绝对的垂直,所以在观察屏上可以看到明暗相间的条纹。假如射向M1和M2的光速不一样,就会造成干预条纹的挪动。我们知道地球的运动速度是很大的,当我们将射向M的光路逐渐移向地球的运动方向时,应当看到干预条纹的挪动,但实验结果却看不到任何

3、干预条纹的挪动。因此,说明光在任何参考系中的速度是不变的,它的速度的合成不满足经典力学的法那么,因此需要新的假设出现,为光速不变原理的提出提供有力的实验证据。矛盾激发：“在不同的惯性系中光速不同“任何参考系中光速度都应该是同一数值，说明相对性原理涉及到接近光速的高速领域产生了明显的困难。当时人们为理解决这个困难，提出了三种可能：1麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方程组应满足伽利略不变性。2牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系成立。3牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学要作修改，修改后的力学方

4、程在新的变换下具有不变性。三、狭义相对论的两个根本假设狭义相对论的两个根本原理： 狭义相对性原理 切物理规律，在不同的惯性系中是一样的；光速不变原理光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都是一样的，与光源、观察者是否相对运动无关。对2个根本原理的正确理解： 自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向 几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违犯光速不变原理。问题: 说说你对这两个根本假设的认识,为什么这两个观点不叫定律而叫假设?解答: 前一个假设是解决参考系的问题,爱因斯

5、坦认为自然界不存在特殊的惯性参考系,所以相对性原理的内容是在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是一样的。第二个假设解决电磁学规律不能和经典的惯性参考系相兼容的问题,内容是真空中的光速在不同的惯性参考系中都是一样的。 可以验证这两个观点的实验非常有限,只有从这两个假设出发,经过逻辑推理包括数学推导所得出的大量结论都与事实相符,才能证实它的正确性。知识链接:狭义相对论同样认为空间和时间并不是互相独立的,它们应该用一个统一的四维时空来描绘,并不存在绝对的空间和时间。例1. 以下说法中正确的选项是 A.经典物理中速度合成公式在任何情况下都是适用的B.经典物理规律也适用于高速运动的物体C.力学规律在一个

6、静止的参考系和一个匀速运动参考系中是不等价的D.力学规律在任何惯性系里都是等价的解析：根据光速不变原理，经典物理中的速度合成公式在高速情况下不成立，惯性参考系是平权的，经典物理规律只适用于宏观、低速的物体。例2. 飞船在高空以0.1c的速度向目的飞行，从飞船向目的方向发射一个光信号，那么在地面的观察者看来光信号的速度是多少？解析：由爱因斯坦狭义相对论的第二个根本假设可知光速应该是不变的，即光信号的速度的地面观察者看来也应该是c，而且这个假设已经被迈克孙-莫雷实验所证实。例3. 怎样在一个封闭的飞船内部判断飞船是在加速、减速、转弯，还是在做匀速直线运动飞船不受重力？解析：可以在飞船内一个相对飞船静止的透明封闭容器中放一小球，保持悬浮，假如小球向后加速运动，说明飞船在加速；假如小球向前加速运动，说明飞船在减速；假如小球向两侧加速运动，说明飞船在转弯；假如小球静止或做匀速直线运动，说明飞船在做匀速直线运动。打破反思基于大纲对相对论的诞生这一节内容要求不是太高，所以在教学过程中，以