高二物理競(jìng)賽伽利略變換關(guān)系 牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀和靜電場(chǎng)課件

第十五章相對(duì)論教學(xué)基本要求一

了解愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的兩條基本原理，以及在此基礎(chǔ)上建立起來(lái)的洛倫茲變換式.二

了解狹義相對(duì)論中同時(shí)的相對(duì)性，以及長(zhǎng)度收縮和時(shí)間延緩的概念，了解牛頓力學(xué)的時(shí)空觀和狹義相對(duì)論的時(shí)空觀以及二者的差異.三

理解狹義相對(duì)論中質(zhì)量、動(dòng)量與速度的關(guān)系，以及質(zhì)量與能量間的關(guān)系.

相對(duì)論的時(shí)空觀念與人們固有的時(shí)空觀念差別很大，很難被普通人所理解。人們都稱(chēng)贊愛(ài)因斯坦偉大，但又常常弄不懂這偉大的內(nèi)容。這使人們想起英國(guó)詩(shī)人波譜歌頌牛頓的詩(shī)句:

自然界和自然界的規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說(shuō)：“讓牛頓去吧，”于是一切都成為光明。后人續(xù)寫(xiě)道:上帝說(shuō)完多少年之后，魔鬼說(shuō)：“讓愛(ài)因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。愛(ài)因斯坦成就（1905年）解釋光電效應(yīng)，提出光子說(shuō)布朗運(yùn)動(dòng)，分子的存在狹義相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系式E=mc2牛頓力學(xué)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論熱力學(xué)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論

邁克耳遜—莫雷“以太漂移”實(shí)驗(yàn)

黑體輻射實(shí)驗(yàn)

近代物理不是對(duì)經(jīng)典理論的簡(jiǎn)單否定。

近代物理不是對(duì)經(jīng)典理論的補(bǔ)充，而是全新的理論。近代物理學(xué)的兩大支柱，逐步建立了新的物理理論。19世紀(jì)后期，經(jīng)典物理學(xué)的三大理論體系使經(jīng)典物理學(xué)已趨于成熟。強(qiáng)調(diào)兩朵小烏云狹義相對(duì)論量子力學(xué)

（一）已經(jīng)了解的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)描述與參考系有關(guān),運(yùn)動(dòng)規(guī)律與參考系無(wú)關(guān)。對(duì)牛頓定律的認(rèn)識(shí)(慣性系與非慣性系)。

（二）進(jìn)一步認(rèn)識(shí)相對(duì)性認(rèn)識(shí)論方法論的問(wèn)題，教育人們要脫離自我,客觀地看問(wèn)題。相對(duì)性問(wèn)題的核心是：物理規(guī)律是客觀存在的，與參考系無(wú)關(guān)。即參考系平權(quán)，沒(méi)有特殊的參考系。對(duì)相對(duì)性的認(rèn)識(shí)問(wèn)題15-1伽利略變換式牛頓力學(xué)相對(duì)性原理遇到的困難

一伽利略變換式經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理伽利略變換*當(dāng)時(shí)與重合時(shí)空坐標(biāo)變換公式::t時(shí)刻，物體到達(dá)P點(diǎn)S’相對(duì)于S的速度正變換逆變換分別在S,S’系中測(cè)量同一物體（細(xì)棒）的長(zhǎng)度：根據(jù)伽利略變換，有兩式相減得即空間的測(cè)量與參考系無(wú)關(guān)

（空間絕對(duì)性）在兩慣性系中，測(cè)得細(xì)棒兩端點(diǎn)坐標(biāo)分別為加速度變換公式伽利略速度變換公式

在兩相互作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的慣性系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同的形式.*二經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀注意

牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理（1）只在宏觀、低速的范圍成立（2）與經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀密切相關(guān)（1）伽利略變換式中t=t

，表示在所有慣性系中時(shí)間是相同的，即時(shí)間與參考系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，時(shí)間是絕對(duì)的。

在所有慣性系中時(shí)間間隔也是相同的，t=t,

即在伽利略變換下時(shí)間間隔是絕對(duì)的。（2）在所有慣性系中，任意確定時(shí)刻空間兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度都是相同的，空間長(zhǎng)度與參考系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，即空間長(zhǎng)度是絕對(duì)的。經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀：絕對(duì)時(shí)間絕對(duì)空間時(shí)間和空間是絕對(duì)的、獨(dú)立的、與物質(zhì)的存在和運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)三.伽利略變換的困難

Maxwell

電磁場(chǎng)方程組不服從伽利略變換

邁克耳遜-

莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果否定了“以太”的存在

根據(jù)伽利略變換會(huì)得到許多反?，F(xiàn)象。狹義相對(duì)論的誕生1901年，考夫曼發(fā)現(xiàn)粒子荷質(zhì)比與粒子運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。球投出前結(jié)果:觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.

試計(jì)算球被投出前后的瞬間，球所發(fā)出的光波達(dá)到觀察者所需要的時(shí)間.(根據(jù)伽利略變換)球投出后ABAB以太：19世紀(jì)末，一些物理學(xué)家為了解釋邁克斯韋電磁理論所預(yù)言的光速是常量這一現(xiàn)象而假想的光和電磁波的載體，就像彈性介質(zhì)是機(jī)械波的載體一樣，他們認(rèn)為，在相對(duì)以太靜止的參考系中，光速在各個(gè)方向是相同的，也就是說(shuō)，以太是一個(gè)絕對(duì)參考系。只要測(cè)出運(yùn)動(dòng)參考系相對(duì)以太的速度，那么以太就可以確定了。為此，許多物理學(xué)家做了很多實(shí)驗(yàn)去尋找絕對(duì)參考系，最著名的就是邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)，但得出的卻是零結(jié)果，也就是說(shuō)通過(guò)非常精密的實(shí)驗(yàn)都無(wú)法分辨出光在不同方向的差別，反過(guò)來(lái)說(shuō)，這就否定了以太的存在。兩位科學(xué)家說(shuō)道：“我們的實(shí)驗(yàn)卻對(duì)相對(duì)論這個(gè)怪物的產(chǎn)生起到了促進(jìn)作用，對(duì)這一點(diǎn)，我們感到非常遺憾！”一、常用公式：場(chǎng)源場(chǎng)強(qiáng)電勢(shì)點(diǎn)電荷(q)：方向:均勻帶電球面(q)：方向:無(wú)限長(zhǎng)帶電直線(xiàn)():方向:無(wú)限大帶電平面兩側(cè)():方向:平面(均勻電場(chǎng))(一)靜電場(chǎng)內(nèi)容概括習(xí)題課二、求場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)的方法均勻帶電球面/球體/球殼均勻帶電無(wú)限長(zhǎng)直線(xiàn)/圓柱體/圓柱面均勻帶電無(wú)限大平面/平板（電場(chǎng)分布球?qū)ΨQ(chēng))(電場(chǎng)分布軸對(duì)稱(chēng))(電場(chǎng)分布面對(duì)稱(chēng))（GS面為柱面）習(xí)題課1.求疊加法電荷連續(xù)分布帶電體：高斯定理法注意：先分解后求和或積分電場(chǎng)分布具有高度對(duì)稱(chēng)性點(diǎn)電荷系：(GS面為球面）2.求電勢(shì)點(diǎn)電荷系：電荷連續(xù)分布有限帶電體：疊加法電勢(shì)定義法有限帶電體取一般用于電荷分布具有高度對(duì)稱(chēng)性的帶電體注意：習(xí)題課（2）