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1-75,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1-75,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1-75,*,*,2,、了解相对论,1/35,1.,惯性参考系：,凡是牛顿定律成立参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。,2.,伽利略相对性原理,对于全部惯性系，力学规律都是相同。,3.,经典时空观（绝对时空观）,时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动影响。,4.,经典力学几个基本结论,同时绝对性 时间间隔绝对性 空间距离绝对性,经典时空观,2/35,不一样参考系中观察物体运动情况可能不一样，物体在空间移动这一概念也是相正确,在不一样参考系中观察物体运动情况,经典时空观,5.,经典时空观迷惑,当火车未动乘客行走,观察者认为乘客速度为,V,2,V,1,当火车以,V,1,运动,乘客行走,观察者认为乘客速度为,V,2,+V,1,3/35,光速恒定特征，同运动相对性原理之间似乎产生了矛盾？,不过试验现象表明，不论光源和观察者做怎样相对运动，光速都是恒定,v,光速,光速,经典时空观,经典时空观认为,4/35,19,世纪后半叶，关于电磁场研究不停深入，人们认识到了光电磁本质我们已经知道，电磁波是以巨大且有限速度传输，所以在电磁场研究中不停碰到一些矛盾，这些矛盾造成了相对论出现,.,相对论不但给出了物体在高速运动时所遵照规律，而且改变了我们对于时间和空间认识，它建立在物理学和哲学发展史上,树立了一座主要里程碑,狭义相对论,狭义相对论两个假设,上述矛盾使我们面临两个选择，要么放弃麦克斯韦电磁理论，要么否定特殊参考系存在爱因斯坦选择了后者并提出了两个假设：,在不一样惯性参考系中，一切物理规律都是相同,爱因斯坦相对性原理,真空中光速在不一样惯性参考系中都是相同,光速不变原理,5/35,“,同时”相对性,运动时钟变慢,运动尺子缩短,物体质量随速度增大而增大,注意,:,只有高速运动时，以上效应才显著。,2.,狭义相对论基本结论,狭义相对论,1.,同时相对性,6/35,2.,运动时钟会变慢,狭义相对论,3:00,3:00,3:00,4:00,4:00,3:40,时钟相对于观察者静止时走得快，相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越显著，即运动着时钟要变慢。,7/35,M,A,v,对于车厢内人：,对于车厢外人：,v,M,v,M,B,v,M,A,ct,2,vt,2,h,狭义相对论,h,8/35,3.,运动长度会收缩,狭义相对论,v,一个物体相对于观察者静止时，它长度测量值最大。相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观察，它长度缩短，速度越快，缩得越短。即运动尺子要缩短。,9/35,车厢运行速度,240000km/s,车上人看到车厢长度：,车外人看到车厢长度：,v,l,L,狭义相对论,10/35,4.,物体质量随速度增加而增大,时空相对性试验验证,1966,年用,子作了一个类似于双生子旅游试验，让,子沿一直径为,14,米圆环运动再回到出发点，试验结果表明运动,子确实比静止,子寿命更长。,1971,年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面基准钟对照试验结果与理论预言符合很好这是相对论第一次宏观验证,狭义相对论,11/35,1-75,12,5.,质量关系,：,E,=,mc,2,，,E,=,mc,2,6.,任何物体速度不能超出光速,。,在普通情况下,v,c,，不考虑相对论效应，能够认为经典力学是相对论力学在低速情况下近似,了解广义相对论。,狭义相对论,12/35,1-75,13,相对论介绍,19,世纪后半叶，关于电磁场研究不停深入，人们认识到了光电磁本质我们已经知道，电磁波是以巨大且有限速度传输，所以在电磁场研究中不停碰到一些矛盾，这些矛盾造成了相对论出现,相对论不但给出了物体在高速运动时所遵照规律，而且改变了我们对于时间和空间认识，它建立在物理学和哲学发展史上树立了一座主要里程碑,13/35,1-75,14,假如在一个参考系中牛顿定律能够成立，这个参考系称作惯性参考系，牛顿运动定律不能成立参考系则是非惯性参考系,在不一样参考系中观察物体运动情况,非惯性系和惯性系,14/35,1-75,15,非惯性系和惯性系,以车厢为参考系，当列车加速运行时，小球会相对于车厢加速向后运动,光滑表面,15/35,1-75,16,非惯性系和惯性系,加速运动列车是个非惯性参考系,为了让牛顿定律在非惯性系中能够成立，引入惯性力,光滑表面,16/35,1-75,17,非惯性系和惯性系,牛顿第二定律表示式,惯性力定义式,“,”号表示惯性力方向与非惯性系加速度方向相反,注意不要混同,17/35,1-75,18,非惯性系和惯性系,以加速上升电梯为参考系，我们能够认为乘坐电梯人除了受到重力作用，还受到一个向下惯性力，重力和惯性力协力使人感受到了超重,18/35,1-75,19,21,世纪，人类在空间站中长久生活，为了克服失重带来不利影响，能够将空间站设计成一个大转轮，绕轴自转，其上各点都有一个指向转动轴向心加速度，所以，以空间站为参考系，与它一起旋转物体都受到一个背离转动轴惯性力，这就是所谓人造重力,非惯性系和惯性系,19/35,1-75,20,惯性质量和引力质量,地面静止,加速飞行,引力和惯性力都能够使物体加速下落,引力质量,惯性质量,20/35,1-75,21,广义相对论介绍,牛顿第二定律表示式,惯性力定义式,“,”号表示惯性力方向与非惯性系加速度方向相反,注意不要混同,“,m,”,应该叫做惯性质量,21/35,1-75,22,惯性质量和引力质量,实际上，到当前为止一切试验研究都没有找到惯性质量和引力质量之间差异，这向我们提醒：加速运动参考系和万有引力，二者之间可能存在某种深刻联络,22/35,1-75,23,广义相对论介绍,狭义相对论,广义相对论,不一样惯性参考系中一切物理规律都是相同,任何参考系（包含非惯性系）中物理规律都是相同,真空中光速在不一样惯性参考系中都是相等,一个均匀引力场与一个做匀加速运动参考系等价,更深入,等效原理,光速恒定,爱因斯坦相对性原理,广义相对性原理,23/35,1-75,24,广义相对论两个基本原理能够得出一些意想不到结论,广义相对论介绍,24/35,1-75,25,广义相对论介绍,在一个引力能够忽略宇宙空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，船上观察者统计光径迹是一条抛物线,半透明屏,光源,等效原理,物体引力能使光线弯曲,假设飞船静止，而在船尾存在一个巨大物体，在它引力场作用下，飞船内物理过程受到影响,25/35,1-75,26,广义相对论介绍,通常物体引力场都太弱，,20,世纪只能观察到太阳引力场引发光线弯曲,太阳,因为太阳引力场作用，我们有可能观察到太阳后面恒星，最好观察时间是发生日全食时候,1919,年,5,月,29,日，发生日全食，英国考查队分赴几内亚湾和巴西进行观察，证实了爱因斯坦预言，这是对相对论最早证实,26/35,1-75,27,广义相对论介绍,星球强引力场能使背后传来光线汇聚，这种现象叫做引力透镜效应,星体,星体,无法观察,黑洞,宇宙中很可能存在黑洞，它不辐射电磁波，所以无法直接观察，不过它巨大质量和极小体积使其附近产生极强引力场，引力透镜是探索黑洞路径之一,27/35,1-75,28,时间间隔与引力场相关,引力场存在使得空间不一样位置时间进程出现差异,对于高速转动圆盘，除了转动轴位置外，各点都在做加速运动，越是靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心,地面上看到：,越是靠近边缘，速度越大依据狭义相对论，靠近边缘部位时间进程较慢,圆盘上人认为：,盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，引力势较低，得出：引力势较低位置，时间进程比较慢,28/35,1-75,29,各类星体对比,宇宙中有一类恒星，体积很小，质量却很大，叫做矮星，引力势比地球低多，矮星表面时间进程比较慢，哪里发光频率比同种原子在地球上发光频率低，看起来偏红，这个现象叫做引力红移,时间间隔与引力场相关,29/35,1-75,30,引力场存在使得空间不一样位置杆长度出现了差异,地面上看到：,越是靠近边缘，速度越大依据狭义相对论，靠近边缘部位杆长度较短,圆盘上人认为：,引力势较低位置，杆长度越短,杆长度与引力场相关,引力势由高到低改变,30/35,1-75,31,杆长度与引力场相关,因为物质存在，实际空间并不是均匀，空间发生了“弯曲”：,点击观看,31/35,1-75,32,对于时空观认识,物质本身存在决定时空性质,时空性质和物质运动相关,狭义相对论,广义相对论,惯性系平权,全部参考系平权,时空观,光速恒定,等效原理,32/35,1-75,33,广义相对论与几何学,几何学反应是人对空间关系认识有史以来人们只在比较小空间尺度中接触比较弱引力场这种情况下空间弯曲能够忽略，在此基础上人类发展了欧几里得几何学，它反应了平直空间实际广义相对论告诉我们实际空间是弯曲，所以描述实际空间应该是更含有普通意义非欧几何,作为非欧几何特例，欧几里得几何学在它适用范围内仍是正确，还将继续发挥作用,33/35,经典时空观,狭义相对论,主要结论,同时绝对性,同时相对性,时间间隔绝对性,运动时钟变慢,空间距离绝对性,运动尺子变短,质量不变,质量随速度增大而增大,主要内容,时间和空间彼此独立,互不关联，且不受物质或运动影响。,时间和空间相互关联，质量随物体运动状态改变而改变。,两种时空观的对比较,34/35,【,答案,】,C,时钟走得最慢，,A,走得最快。,【,例题,】,A,、,B,、,C,是三个完全相同时钟，,A,放在地面上，,B,、,C,分别放在两个火箭上，以速度,v,B,和,v,C,朝同一方向飞行，,v,B,v,C,，地面上观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？,【,例题,】,以,8,km/s,速度运行人造卫星上一只完好手表走过了,1,mim,，地面上人认为它走过这,1,mim,“,实际”上花了多少时间？,【,答案,】,课堂练习,35/35,
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