必修时空观和相对论时空观市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、第二节:经典时空观与相对论时空观广广东东翁源第一高翁源第一高级级中学中学物理物理组组:赵书华赵书华10/10/1经典时空观与相对时空观第1页前面几章介前面几章介绍绍了了经经典力学(牛典力学(牛顿顿力学)最基本内容。力学)最基本内容。牛牛顿顿力学基力学基础础就是以牛就是以牛顿顿命名那三条定律,命名那三条定律,这这一理一理论论形成于十七世形成于十七世纪纪,在以后两个多世,在以后两个多世纪纪里,里,牛牛顿顿力学力学对对科学和技科学和技术发术发展起了巨大推展起了巨大推进进作用,作用,同同时时本身也得到了很大本身也得到了很大发发展。展。不不过过,进进入二十世入二十世纪纪,物理学研究物理学研究领领域开始深
2、入到了微域开始深入到了微观观高速高速领领域,域,微微观观高速高速如原子、如原子、电电子粒子,子粒子,光、光、电电磁涉及粒子衰磁涉及粒子衰变变,速度,速度为为光速或靠近光速光速或靠近光速空空间间尺度尺度10/10/2经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第2页这时这时人人们发觉们发觉牛牛顿顿力学在力学在这这些些领领域不再适用域不再适用物理学物理学发发展要求展要求对对牛牛顿顿力学以及一些力学以及一些长长久久认为认为是不言自明基本是不言自明基本观观念作出根本性念作出根本性变变革,革,物理学需要一物理学需要一场场革命!革命!二十世二十世纪纪初初诞诞生生相相对论对论和和量子力学量子力学就是就是这场
3、这场从从经经典物理典物理向向近代物理近代物理变变革革标标志志本本节节介介绍绍相相对论对论基基础础知知识识10/10/3经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第3页.伽利略相伽利略相对对性原理性原理对对于第一个于第一个问题问题,牛,牛顿顿力学回答是干脆:力学回答是干脆:第一个第一个问题问题对对于不一于不一样样参考系,参考系,基本力学定律形式是完全一基本力学定律形式是完全一样吗样吗?对对于任何于任何惯惯性参考系,牛性参考系,牛顿顿定律都成立,定律都成立,这这也就是也就是说说,对对于不一于不一样惯样惯性参考系,性参考系,力学基本定律力学基本定律牛牛顿顿定律形式是一定律形式是一样样。这这一一结论
4、结论称作称作伽利略相伽利略相对对性原理性原理或或力学相力学相对对性原理性原理一、一、经经典力典力课时课时空空观观10/10/4经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第4页甲甲 乙乙惯惯性参考系性参考系牛牛顿顿定律适用参考系定律适用参考系相相对惯对惯性系作匀速直性系作匀速直线线运运动动参考系参考系例例甲甲乙乙站台站台10/10/5经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第5页选择选择参考系不一参考系不一样样,对对运运动动描述就不一描述就不一样样:比如:比如:让让两小球从同一高度同两小球从同一高度同时时自由下落。自由下落。符合牛符合牛顿顿运运动动定律定律不符合牛不符合牛顿顿运运动动定律定
5、律惯惯性系性系非非惯惯性系性系10/10/6经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第6页第二个第二个问题问题相相对对于不一于不一样样参考系参考系长长度和度和时间测时间测量是一量是一样吗样吗?对对于空于空间间和和时间测时间测量量问题问题,牛牛顿顿力学是用力学是用绝对绝对空空间间和和绝对时间绝对时间概念往返答。概念往返答。.绝对时绝对时空空观观所所谓绝对谓绝对空空间间是指是指长长度量度与参考系无关;度量度与参考系无关;绝对时间绝对时间是指是指时间时间量度与参考系无关量度与参考系无关这这就是就是说说,两点之,两点之间间距离,距离,不不论论在那个在那个惯惯性系中性系中测测量都是一量都是一样样;一
6、一样样,前后,前后发发生两个事件之生两个事件之间时间间时间,不不论论在那个在那个惯惯性系中性系中测测量都是一量都是一样样10/10/7经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第7页假如假如甲甲测测小球下小球下落落时间为时间为假如假如乙乙测测小球下小球下落落时间为时间为例例甲甲乙乙站台站台10/10/8经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第8页牛牛顿顿本人曾本人曾说说:“绝对绝对空空间间,就其本性而言,就其本性而言与外界任何事物无关,而永与外界任何事物无关,而永远远是相同和不是相同和不动动”,“绝绝正确、真正和数学上正确、真正和数学上时间时间自己流逝着,自己流逝着,并因并因为为它本性
7、而均匀地与任何外界它本性而均匀地与任何外界对对象无关地流逝着。象无关地流逝着。”按照按照这这种种观观点:点:时间时间和空和空间间是彼此独立,是彼此独立,互不相关而且独立于物互不相关而且独立于物质质和运和运动动之外,之外,不受物不受物质质和运和运动动影响。影响。绝对时绝对时空空观观10/10/9经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第9页依据绝对时空观,得出几个结论依据绝对时空观,得出几个结论同同时绝对时绝对性性时间间时间间隔隔绝对绝对性性空空间间距离距离绝对绝对性性质质量恒定不量恒定不变变10/10/10经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第10页牛顿伽利略相对性原理和绝对时空观
8、是作为两个基本假设提出来,它之所以为人们接收承认一方面是牛顿力学在解决力学问题获得巨大功;其次观察结果与人们经验相符。不不过过十九世十九世纪纪中叶,中叶,人人们们在研究与物体运在研究与物体运动动相关相关电电磁磁现现象象时时,发觉发觉在在电电磁磁现现象象规规律不符合律不符合相相对对性原理性原理其中最其中最经经典就是典就是光速光速问题问题10/10/11经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第11页这这一一结论还结论还尤其尤其为为以后很多准确以后很多准确试验试验所所证实证实,最著名是最著名是18871887年年迈迈克克尔尔逊逊和莫雷和莫雷所做所做试验试验。它它们们都明确无都明确无误误地地证实
9、证实光速光速测测量量结结果与光源和果与光源和测测量者相量者相对对运运动动无关,亦即与参考系无关。无关,亦即与参考系无关。可可见见光和光和电电磁波运磁波运动动不服从伽利略相不服从伽利略相对对原理原理.任何参考系中任何参考系中测测得光在真空得光在真空速率都速率都应该应该是是这这一数一数值值10/10/12经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第12页伽利略相伽利略相对对原理和原理和电电磁磁规规律矛盾律矛盾促使人促使人们们思索下述思索下述问题问题:绝对时绝对时空空观观观观念是不是需要修念是不是需要修正?正?迷惑迷惑?这这个个时时候整个物理学界陷入候整个物理学界陷入10/10/13经典时空观与相
10、对时空观经典时空观与相对时空观第13页爱爱因斯坦因斯坦:Einstein:Einstein当代当代时时空空创创始人始人2020世世纪纪最最伟伟大科学家大科学家 爱爱因斯坦因斯坦对这对这个个问题进问题进行了行了深入研究,深入研究,并在并在1919发发表了表了论论文文论动论动体体电动电动力学力学在在这这篇篇论论文里文里对对上述上述问题问题作出了作出了对对整个物理学界乃整个物理学界乃至整个科学界都有至整个科学界都有变变革意革意义义回答回答10/10/14经典时空观与相对时空观经典时空观与相对时空观第14页 相相相相对对对对论论论论时时时时空空空空观观观观念念念念与与与与人人人人们们们们固固固固有有有
11、有时时时时空空空空观观观观念念念念差差差差异异异异很很很很大大大大,极极极极难难难难被被被被普普普普通通通通人人人人所所所所了了了了解解解解。人人人人们们们们都都都都称称称称赞赞赞赞爱爱爱爱因因因因斯斯斯斯坦坦坦坦伟伟伟伟大大大大,但但但但又又又又经经经经常常常常弄弄弄弄不不不不懂懂懂懂这这这这伟伟伟伟大大大大内内内内容容容容。这这这这使使使使人人人人们们们们想想想想起起起起英英英英国国国国诗诗诗诗人人人人波波波波谱谱谱谱歌歌歌歌颂颂颂颂牛牛牛牛顿诗顿诗顿诗顿诗句句句句:自然界和自然界自然界和自然界自然界和自然界自然界和自然界规规规规律律律律隐隐隐隐藏在黑暗中,藏在黑暗中,藏在黑暗中,藏在黑暗
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