【课件】第5章 科学进步无止境

鲁科2019版必修第二册第5章

科学进步无止境什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么性质？经典物理学对这些问题并没有正面回答。但是从它对问题的处理上，我们体会到经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的。那么，相对论的时空观是否也这样认为呢？激趣诱思19世纪末物理学取得了巨大的成就：牛顿力学热力学统计物理学电磁场理论形成了完整的物理学体系，并被赞誉为：“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”

在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理学家，威廉·汤姆孙，回顾了物理学在过去几百年中的发展，充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。但同时他也承认“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”。量子理论诞生相对论诞生与光速问题有关与黑体辐射有关正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐观情绪，为后来建立近代物理学的理论基础作出了贡献。相对论.mp4一、经典时空观

描述一个物体的运动必须选择一个参考系，然后研究这一物体相对于参考系是如何运动的。1.所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。——牛顿运动定律成立的参考系2.对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的，这一结论称为伽利略相对性原理。3.经典时空观（绝对时空观）

时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。4.经典力学的几个基本结论①同时的绝对性②时间间隔的绝对性③空间距离的绝对性当抛出的物体与汽车的行驶速度同向时,观察者认为小球的速度为V2+V1当抛出的物体与汽车的行驶速度反向时,观察者认为小球的速度为V2-V1绝对时空观的速度合成5.经典时空观的困惑光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾？但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．v光速＝光速＝由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期支配的影响，物理学界中多数人认为，光波的传播介质是“以太”，这种介质密度极小、绝对静止，充满宇宙空间。“以太”真的存在么？迈克尔孙-莫雷实验入射光以太风实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的。“以太”是不存在的！牛顿经典力学受到冲击爱因斯坦不存在特殊的惯性参考系。无论是力学规律还是电磁规律，它们对任何惯性参考系都是一样的。相对性原理对一切自然规律都适用。“否认以太的存在”在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的(与光源观察者相对运动没关系)。二、狭义相对论的两个基本假设1、相对性原理2、光速不变原理对两个基本原理的正确理解①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；②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③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。vv在运动的火车上的钟表显示，做一个物理实验需要15分钟记为；地面上观察者手里所拿的钟表显示时间要大于15分钟，记为。三、相对论神奇时空：1.时间延缓效应

思考：（1）为什么会“运动的时钟”变慢了？一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中，测量不一定相同。与之相静止的参考系测得的时间最短，称为固有时；与之有相对运动的参考系测得的时间变长，相对速度越大，时间延缓效应越明显。（2）这种现象说明了什么？不能脱离物体的运动来理解时间。（3）这两个时间有什么关系？（4）经典物理学的结论还准确么？在宏观低速问题中，这种时间延缓效应完全可以忽略，对经典物理学的研究不造成影响。相对论神奇时空：2.长度收缩效应

车上的人看到的杆的长度：l0车外的人看到的杆的长度：ll<l017O′X′Y′OXY●特别注意：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。v思考：为什么我们平时观察不到这种长度收缩效应？因为我们生活在比光速低很多的低速世界里，长度收缩效应可忽略不计。 物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：相对论神奇时空：3.质能方程能量质量光速随着物体质量的减少，它会释放出一定的能量。核能时代拓展一步：质速关系阅读课文108页爱因斯坦的广义相对论认为，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲。天地之间的引力作用是时空弯曲的结果。巨大质量的物体使时空弯曲相对论神奇时空：4.时空弯曲相对论神奇时空：4.时空弯曲通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测到太阳引力场