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相对论的诞生PPT

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介绍物理学家爱因斯坦ppt

介绍物理学家爱因斯坦ppt
爱因斯坦简介
• （Albert Einstein，1879年3月 14日－1955年4月18日）
• 犹太人，是20世纪著名的理论 物理学家、思想家及哲学家， 也是相对论的创立者，是现代 物理学及二十世纪最重要的科 学家之一。
生平简介
• 1900年毕业于苏黎世工业大学，并入瑞士籍。
• 1905年获苏黎世大学哲学博士学位。曾在伯尔尼专利局任 职。苏黎世工业大学、布拉格德买的VIP时长期间，下载特权不清零。
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相对论ppt课件

相对论ppt课件

星体
宇宙中很可能存在黑洞，它
不辐射电磁波，因此无法直接 观测，但是它的巨大质量和极 小的体积使其附近产生极强的 引力场，引力透镜是探索黑洞 的途径之一．
无
法
黑
星体
观
洞
测
32
时间间隔与引力场有关
引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出 现差别．
对于高速转动的圆盘，除了 转动轴的位置外，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．
3、时间和空间相互独立、互不相关。
4
相对论简黑介体辐两射朵乌云
光速问
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不题断深入，
人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电
磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁
场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了
相对论的出现．
量子力学
相对论
相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规
15
狭义相对论的其他三个结论 下面，我们学习狭义相对论的三个重要结论…
相对论的速度叠加公式 相对论质量 质能方程
16
相对论的速度叠加公式
v
u
车外的人看到车上人
相对地面的速度为：
u v
u

1
uv c2
17
相对论质量
物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质 量是否随着速度而变化？
严格的论证表明，物体高速（与光速相比） 运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的 关系：
地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论， 靠近边缘部位的时间进程较慢．
圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘， 引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢． 33

《相对论与绝对论》课件

《相对论与绝对论》课件

广义相对论的引力理论
01
广义相对论认为引力是由物质引 起的空间时间的曲率所产生的一 种几何效应，而非传统意义上的 力。
02
这个理论成功地解释了引力的本 质，并预言了如引力透镜效应、 黑洞和宇宙膨胀等重要现象。
狭义相对论的特殊理论
狭义相对论主要处理没有引力作用的 时空观念。
它引入了同时性的相对性和物理现象 的时间依赖性，从而修正了牛顿力学 的一些基本假设。
时间观念
相对论认为时间与空间是 相对的，而绝对论认为时 间是绝对的。
光速不变
相对论认为光速在任何参 考系中都是不变的，而绝 对论认为光速在不同参考 系中会有所变化。
CHAPTER 02
相对论的主要观点
时间和空间的相对性
时间相对性
爱因斯坦认为时间不是绝对的， 而是相对的。在不同的参考系中 ，时间的流逝速度会发生变化。
相对论与绝对论在哲学和社会学中的应用
在哲学上，相对论与绝对论的 争议引发了对知识客观性和真 理相对性的思考。
在社会学上，相对论的影响促 使人们思考文化和社会现象的 多元性和相对性。
绝对论则强调普遍适用的道德 和法律原则，为社会秩序和人 类行为提供了稳定的基础。
CHAPTER 05
相对论与绝对论的未来展望
相对论与绝对论在未来的研究方向
深入研究相对论与绝对论的内在联系
01
探索两者之间的共同点和差异，以进一步理解它们的本质和相
互影响。
探索新的研究方法和技术
02
随着科技的发展，新的研究方法和技术的出现将有助于更深入
地研究相对论与绝对论。
拓展的领域，如宇宙学、量子力学
空间相对性
空间也不是绝对的，而是相对于 观察者的参考系而存在。同一物 体在不同参考系中的长度和距离 也会发生变化。

教科版(2019)高中物理必修第二册5-2 相对论时空观简介 课件

教科版(2019)高中物理必修第二册5-2 相对论时空观简介 课件

质量有关。物体因具有质量而使其周围的时间和空间发生了“弯曲”。虽然这
种弯曲是我们人体器官感觉不到的，但可以通过各种方法间接地加以确定，而
引力正是这种“时空弯曲”的表现。“弯曲”的程度越高，对应的引力也就越
强（图5-2-13）。
在广义相对论中，时空观念比狭义相对论更推进了一步。时间、
空间不仅是相对的，组成一个密切联系、不可分割的整体，并且不能
所以闪光是同时到达前后壁的（如图）。
在台上观测，由于底面是惯性系，所以闪光时先到达
后壁而后到达前壁，不是同时发生的（如图）。
（二）运动时钟变慢（时间间隔的相对性）
在相对地面以高速v匀速运动的火车内的观察者，测得两个事
件先后发生的时间间隔为Δτ，则在地面上的观察者测得的时间间
隔为Δt。则Δτ和Δt之间的关系为：
在这两个基本假设的基础上，爱因斯坦于1905年创立了狭义相对论。
二、狭义相对论
（一）同时的相对性
同时是相对的，是指相隔一定距离发生的两件事，在一个参
考系中观测是同时发生的，在相对于此参考系运动的另一个参考
系中观测就可能不是同时，而是一先一后发生的。
思考：同时为什么是相对的？
讨论交流
假设一列火车在平直的轨道上以很高的速度u匀速驶过站台，在车厢的正
高处接收到时其频率变低，发生“红移”；相反，从引力势能高处向引力势能
低处发射光波，接收到的频率变高，发生“蓝移”。这已被地面上精密的实验
证实。
（2）水星绕太阳运动的轨道与根据牛顿万有引力定律计算所得的不一致，
这是一个在天文学史上长达百年的困惑。爱因斯坦用新建立的引力场方程取代
了经典的万有引力定律，计算结果和实际观测符合得很好解决了天文学上的百

物理学史相对论的建立与发展.PPT

物理学史相对论的建立与发展.PPT
10
2.3 狭义相对论被承认和接受的过程
由于人们的思想长期受到传统观念的束缚，一时难于接受 崭新的时空观，爱因斯坦的论文发表后，在相当长的一段时间 内受到冷遇，被人们怀疑甚至遭到反对。
在法国，直到1910年几乎没有人提到爱因斯坦的相对论。 在实用主义盛行的美国，最初十几年中也没有得到认真对待。 迈克耳孙至死（1931年）还念念不忘“可爱的以太”，认为相 对论是一个怪物。英国也不例外，在人们的头脑里以太的观念 太深了，相对论彻底否定以太的必要性，被人们看成是不可思 议的事。当时甚至掀起了一场“保卫以太”的运动。J.J.汤姆 逊在1909年宣称：“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造， 对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少”。
但是，直到19世纪还没有一个实验能直接证明以太的存在。 以太漂移实验给出了否定结果。这些结果促使人们对以太和绝 对坐标系的存在产生怀疑。

1.2 收缩假说的提出
迈克耳逊-默雷实验的零结果发表后，爱尔兰物理学家费 兹杰惹立即进行了思考。1889年，他向英国《科学》杂志投 稿，写到：“唯一可能协调这中对立的假说就是要假设物体 的长度回发生变化，其改变量跟穿过以太的速度与光速之比 的平方成正比。”
6
7
2.2 爱因斯坦建立狭义相对论的过程
早在16岁（1895年）时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题： “如果我以速度c（真空中的光速）追随光线运动，我应当看到这样 一条光线就好象一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是 依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。”这 是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。
然而，由于《科学》杂志不久就停刊了，这篇稿件虽然发 表但却鲜为人知，连费兹杰惹本人也不知道这篇稿件是否问 世。两年后，费兹杰惹去世，只是由于他的学生特劳顿多次 提到他的工作，人们才知道他比洛伦兹更早就提出了收缩假 说。

相对论的诞生 时间和空间的相对性 课件

相对论的诞生 时间和空间的相对性 课件

栏目导引
1．怎样理解“动尺变短”：狭义相对论中的长度公式： l＝l0 1－vc2中，l0 是相对于杆静止的观察者测出的杆的长 度，而 l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度 v 运动时， 静止的观察者测量的长度．还可以认为是杆不动，而观察者 沿杆的长度方向以速度 v 运动时测出的杆的长度．
工具
人教版物理选修3-4 第十五章 相对论简介
栏目导引
(3)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止
时的长度小．
3．时间间隔的相对性
(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观 察，它们的时间间隔总是 相同 的．
(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考 系中观察，它们的时间间隔是 不同 的．
设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间
间隔，Δt表示相对事件发生地以v高速运动的参考系中观察
同样两事件的时间间隔，则它们的关系是Δt＝
Δτ 1－vc2 .
工具
人教版物理选修3-4 第十五章 相对论简介
栏目导引
4．时空相对性的实验验证 (1)微观验证——宇宙射线中μ子的行为． (2)宏观验证——铯原子钟环球飞行的实验． 5．相对论时空观 (1)经典时空观：空间和时间是脱离物质存在的 ，是 绝对 的，空间和时间之间也是 没有 联系的． (2)相对论时空观：空间和时间与物质的 运动状态 有 关．
栏目导引
(2)如果与杆相对静止的人认为杆长是L0，与杆相对运 动的人认为杆长是L，则两者之间的关系为L＝
L0
1－vc2 .
(3)一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止
时的长度小．
3．时间间隔的相对性
(1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观

相对论简介课件PPT


时间膨胀是由于观察同一个物理过程 的参照系之间时间测量标准不同所导 致的，与光速不变原理密切相关。
时间膨胀现象
当观察同一个物理过程的参照系之间 相对运动时，时间会变慢，即时间膨 胀现象。
长度收缩现象及解释
长度收缩定义
长度收缩是指观察同一个物体的 长度在运动的参照系中会比静止
的参照系中更短。
长度收缩现象
03 广义相对论主要内容
等效原理及其意义
01
02
03
等效原理的表述
在局部范围内，加速系中 的物理规律与均匀引力场 中的物理规律完全相同。
等效原理的意义
揭示了引力与加速系中惯 性力之间的等效性，为广 义相对论的建立奠定了基 础。
实验验证
通过自由落体实验、扭秤 实验等验证了等效原理的 正确性。
时空弯曲概念与模型
04 相对论在物理学领域应用
粒子物理学中相对论效应
粒子速度接近光速时，时间膨胀 和质量增加的现象变得显著。
相对论提供了描述高速粒子行为 的数学框架，如狄拉克方程等。
在粒子加速器和高能物理实验中， 必须考虑相对论效应对粒子轨迹
和能量的影响。
天文学中恒星演化模型
相对论对于理解恒星内部结构 和演化过程至关重要。
发展新的相对论应用领域
相对论在航空航天、全球定位系统等领域的应用已经取得了显著成效， 未来有望在更多领域发掘相对论的应用潜力。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
原子钟精确计时原理
利用原子能级跃迁时释放的精确频率作为计时标准，同时 考虑相对论效应对原子钟计时精度的影响，确保原子钟的 长期稳定性和准确性。
原子钟的应用
广泛应用于航空航天、通信、导航等领域，提高了时间计 量的准确性和精度。

爱因斯坦相对论ppt课件


在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
狭义相对论
爱因斯坦的相对论认 为，光速在所有惯性参考 系中不变，它是物体运动 的最大速度。由于相对论 效应，运动物体的长度会 变短，运动物体的时间膨 胀。但由于日常生活中所 遇到的问题，运动速度都 是很低的（与光速相比）， 看不出相对论效应。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
“爱因斯坦奇迹 在年190”5年爱因斯坦发表了6篇划
时代的论文，分别为： 1.《关于光 的产生和转化的一个试探性观点》 2.《分子大小的新测定方法》 3.《热的分子运动论所要求的静液 体中悬浮粒子的运动》 4.《论动体的电动力学》：首次提 出了狭义相对论基本原理，论文中 提出了两个基本公理：“光速不 变”，以及“相对性原理”。 5.《物体的惯性同它所含的能量有 关吗？》 6.《布朗运动的一些检视》
第一、爱因斯坦用广义相对论解决了 长期悬而未解的水星近日点附加进动问题， 计算结果与观测符合得很好；
第二、预言了光线在太阳引力场中 会弯曲；
第三、预言恒星发出的光谱谱线由于强大 引力的作用会使其波长变长，也就是发生引力 红移。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
狭义相对论的证明
1966年，科学家 在实验中测得μ子绕 圆形轨道高速运动时， 其平均寿命比在地面 上静止的μ子的平均 寿命长。1971年，科 学家们又观察到了放 在卫星上绕地球旋转 的原子钟比地面上的 原子钟走的慢得多的 现象。这些实验证明 了狭义相对论的正确 性，同时也就间接解 释了“双生子佯谬” 这个问题。

《广义相对论》课件


1915年，爱因斯坦发表了广义相对论 ，描述了引力是由物质引起的时空弯 曲所产生。
爱因斯坦的灵感来源
爱因斯坦受到马赫原理、麦克斯韦电 磁理论和黎曼几何的启发，开始思考 引力与几何之间的关系。
广义相对论的基本假设
1 2
等效原理
在小区域内，不能通过任何实验区分均匀引力场 和加速参照系。
广义协变原理
物理定律在任何参照系中都保持形式不变，即具 有广义协变性。
研究暗物质与暗能量的性质有助于深入理 解宇宙的演化历史和终极命运。
05
广义相对论的未来发展
超弦理论与量子引力
超弦理论
超弦理论是一种尝试将引力与量子力学统一的理论框架，它认为基本粒子是一 维的弦，而不是传统的点粒子。超弦理论在数学上非常优美，但目前还没有被 实验证实。
量子引力
量子引力理论试图用量子力学的方法描述引力，解决广义相对论与量子力学之 间的不兼容问题。目前，量子引力理论仍在发展阶段，尚未有成熟的理论框架 。
广义相对论为宇宙学提供了重 要的理论基础，用于描述宇宙
的起源、演化和终极命运。
大爆炸理论
广义相对论解释了大爆炸理论 ，即宇宙从一个极度高温和高 密度的状态开始膨胀和冷却的 过程。
黑洞理论
广义相对论预测了黑洞的存在 ，这是一种极度引力集中的天 体，能够吞噬一切周围的物质 和光线。
宇宙常数
广义相对论引入了宇宙常数来 描述空间中均匀分布的真空能
宇宙加速膨胀与暗能量研究
宇宙加速膨胀
通过对宇宙微波背景辐射和星系分布的研究，科学家发现宇 宙正在加速膨胀。这需要进一步研究以理解其中的原因，以 及暗能量的性质和作用。
暗能量
暗能量是一种假设的物质，被认为是宇宙加速膨胀的原因。 需要进一步研究暗能量的性质和作用机制，以更好地理解宇 宙的演化。

15-1、2相对论的诞生和时间和空间的相对性


设相对于静止的观察者认为杆的长度为l0，与杆有相对 运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则
l0
v 1－ c 2
l，l0，v的关系是：l＝
。
第十五章
第一节 第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
3．时间间隔的相对性 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观 察，它们的时间间隔总是 相同的 。 (2)相对论的时间观：某两个事件，在不同的惯性参考系 中观察，它们的时间间隔是 不同 的。
第十五章
第一节 第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观测的时间 间隔，Δt表示相对事件发生地以v高速运动的参考系中观察 Δτ v2 1－ c 同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt＝ 。
第十五章
第一节 第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
第十五章
第一节 第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
2．怎样理解“动钟变慢”：时间间隔的相对性公式：Δt ＝ Δτ v2 1－ c ，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地
点的两个事件发生的时间间隔，而Δt是相于事件发生地以 速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时 间间隔。也就是说：在相对运动的参考系中观测，事件变化 过程的时间间隔变大了，这叫做狭义相对论中的时间膨胀。
第十五章
第一节 第二节
成才之路 ·物理 ·人教版 · 选修3-4
二、怎样理解“动尺变短”和“动钟变慢” 1．怎样理解“动尺变短”：狭义相对论中的长度公 式：l＝l0
v 1－ c 2
中，l0是相对于杆静止的观察者测出的杆
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当时人们为了解决这个困难，提出了三 种可能： （1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁 方程组应满足伽利略不变性。 （2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对， 但麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯 性系成立。 （3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存 在某种变换，麦克斯韦电磁理论在这种 新的变换下具有不变性。这意味着经典 牛顿力学要作修改，修改后的力学方程 在新的变换下具有不变性。
第十五章 相对论简介
15.1 相对论的诞生
一、问题的提出
• 如果有人对你说：“你头脑 中的一些概念是不科学的．” 你相信吗？
一、问题的提出
• 人们头脑中的概念从科学性 来讲，可以分为两类：第一 类是科学的：第二类是经验 的，但不是科学的．
一、问题的提出
• 请问： • 1、标准尺的长度静止时和运 动时的长度是一样吗？ • 2标准钟的快慢运动时和静止 时是一样吗？在高山顶和山 谷是一样吗？
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。
相对论的时空观念与人 们固有的时空观念差别 很大，很难被普通人所 理解。人们都称赞爱因 斯坦伟大，但又常常弄 不懂这伟大的内容。这 使人们想起英国诗人波 谱歌颂牛顿的诗句:
麦克尔逊莫 雷 实 验
任何参照系中测得的光在真空的速 率都应该是一样的． 这一结论还特别为后来的很多精确 的实验所证实，最著名的是1887年 迈克尔逊和莫雷所做的实验。它们 都明确无误地证明光速的测量结果 与光源和测量者的相对运动无关， 亦即与参照系无关。
可见光和电磁波的运动不服从伽利 略相对原理.
• 7、牛顿力学中的相对性原理： （其它表述） • （1）在任何两个惯性系中做同一 个力学实验都会得到相同的结果； • （2）用任何力学方法都无法将两 个惯性系分开； • （3）对于描述力学现象，所有的 惯系都是平权的．
三、经典物理学的困难
• 1、在经典物理学中，牛顿运动定 律能够描述所有力学现象． • 2、在电磁学领域，麦克斯韦电磁 场理论能描述所有的电磁学现 象．并指出：在任一惯性系中，光 速各向同性，大小都等于c． • 3、问题：假设光S在中的速度是c， 它在S/ 中的速度是多少？
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＝ c
光速＝ c v
19世纪后半叶和20世纪初，物理学家 们曾经猜想，有一种叫做以太的介质， 弥漫在宇宙中，它是电磁波传播时所需 要的介质，拿以太做参考系时麦克斯韦 的电磁理论才成立．今天看来，以太是 某一特殊参考系的代表．麦克尔逊实验 表明不存在这样的特殊参考系，实际上 就是宣布宇宙间不存在以太．
上述的矛盾使物理学家面临两个 选择，一是修正现有的理论，去迎 合实验结果（这相对比较容易，但 常常无效）； 另一种主张彻底摆 脱“麦克斯韦电磁理论只适用于某 一特殊的惯性系”，创立全新的理 论。爱因斯坦、庞加莱等人选择了 后者．并提出了两个假设：
四、狭义相对论的两个基本假设 1、狭义相对性原理 在不同的惯性参考系，一切物 理规律都是相同的 2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参 考系中是相同的，光速与光源、 观察者间的相对运动没有关系。
二、几个经典概念和规律
• 1、空间：人们通常所说的空 间量，不外乎线的长度、平 面物曲面的面积、形体的体 积等等．它们都可以用标准 尺来量度．
二、几个经典概两个事件的时间间隔、一个 事件比另一个事件发生得早 些或晚些、两个事件同时发 生等等．原则上时间都可以 用标准钟来量度．
二、几个经典概念和规律
• 6、惯性系：牛顿运动定律成 立的参考系． • 凡是相对于惯性系做匀速直 线运动的参考系都是惯性 系．
二、几个经典概念和规律
• 7、牛顿力学中的相对性原理： 牛顿运动定律的数学形式在 所有的惯性系中都是相同的， 或者说，牛顿运动定律的数 学形式在伽利略变换是不变 的．
二、几个经典概念和规律
二、几个经典概念和规律 • 3牛顿在他所著的《自然哲学的 数学原理》一书中写道： • 绝对的空间，本质上是与外界 无关的，是同一的和静止的． • 绝对的时间，本质上是一种与 外界物体无关的均匀流动． • 这就是牛顿力学中的绝对空间 和绝对时间概念．
二、几个经典概念和规律
• 4、空时坐标 • （1）空间坐标：需要3个空 间量．比如：（x、y、z）． • （2）空时坐标：需要4个 数．比如：（x、y、z、 t）．
自然界和自然界的规律隐藏 在黑暗中，上帝说：“让牛顿 去吧，”于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年 之后，魔鬼说：“让爱因斯坦 去吧，”于是一切又回到黑暗 中。
二、几个经典概念和规律
• 5、速度合成法则： / • （1）伽利略变换式： x x vt 设有两个参考系S / y y 和作匀速运动，且 / S/相对S沿X轴以速 z z 度v运动．则事件P t / t 在两坐标系中变换 关系是
二、几个经典概念和规律
• 5、速度合成法则： • （2）速度合成法则：设质点 / / 在在S 中的速度为u ，则在S 中的速度为 / • u=u +v