2019-2020年高中物理 第五章5.1 《狹義相對論基本原理》教案 粵教版選修3-4.doc

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2019-2020年高中物理 第五章5.1 《狹義相對論基本原理》教案 粵教版選修3-4 伽利略相對性原理 經(jīng)典力學(xué)的時空觀 一、伽利略（牛頓力學(xué)）相對性原理 對力學(xué)規(guī)律而言，所有的慣性系都是等價的或在一個慣性系中，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。 力學(xué)中不存在絕對靜止的概念，不存在一個絕對靜止優(yōu)越的慣性系。 二、伽利略坐標(biāo)變換式 經(jīng)典力學(xué)時空觀 設(shè)當(dāng)與重合時作為記時的起點(diǎn) 同一事件：系中 系中 按經(jīng)典觀念： 或 所謂絕對時空： 1、時間：時間間隔的絕對性與同時的絕對性，即。時間是與參照系無關(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：長度（空間間隔）是與參照系無關(guān)的不變量或長度（空間間隔）的絕對性。 即 且認(rèn)為 因此：在中，有，得中 由牛頓的絕對時空以及“絕對質(zhì)量”的概念，得到牛頓相對性原理。 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)相對性原理。 三.引子：相對論主要是關(guān)于時空的理論 局限于慣性參考系的理論稱為狹義相對論，推廣到一般參考系和包括引力場在內(nèi)的理論稱為廣義相對論。 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。“客星”最初出現(xiàn)于公元1054年，歷時23天，往后慢慢暗下來，直到1056年才隱沒。 按牛頓觀點(diǎn)： km.s-1 光年 會持續(xù)25年，能看到超新星開始爆發(fā)時發(fā)出的強(qiáng)光，其實(shí)不然 電動力學(xué)的例子 物理規(guī)律需要用一定參考系來表述 麥克斯韋方程組波動方程真空中光速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)相對性原理，但不適于電動力學(xué)，對電動力學(xué)存在一個優(yōu)越的慣性系――以太參考系。 2．存在一個既適用于力學(xué)，又適用于電動力學(xué)的相對性原理。但麥克斯韋給出的電動力學(xué)規(guī)律――麥克斯韋方程組但不正確。 3．存在一個既適用于力學(xué)，又適用于電動力學(xué)的相對性原理，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)的空間和時間觀念加以改變，這種“不對稱”就可以消除。 他猜想：絕對靜止這一概念，不僅在力學(xué)中，而且在電動力學(xué)中也不符合現(xiàn)象的特性。 四.狹義相對論基本原理（將猜想提升為假設(shè)） 1．狹義相對論的相對性原理（力學(xué)相對性原理的推廣） 對一切物理規(guī)律而言，所有慣性系都是等價的 2．光速不變原理 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)動無關(guān)。