2022年高三物理 第二十三章 相對論簡介 一、狹對相對論的基本假說(備課資料)

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1、●備課資料 2022年高三物理 第二十三章 相對論簡介 一、狹對相對論的基本假說(備課資料) 1895年，愛因斯坦16歲，提出了如下一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)：若牛頓力學(xué)正確.則存在以光速勻速運(yùn)動(dòng)的慣性系.使此慣性系運(yùn)動(dòng)方向與光波一致，假如一個(gè)人在此慣性系上觀察光波，將會(huì)看到什么？顯然，若伽利略變換正確，在以光速運(yùn)動(dòng)的慣性系中，觀察者將看到，由于自己和波峰波谷一起運(yùn)動(dòng)，電磁場強(qiáng)度在空間各點(diǎn)雖有不同，但在任一給定點(diǎn)上是不隨時(shí)間變化的，就像用瞬間拍照而凍結(jié)的海浪圖樣！ 面對這樣的理想實(shí)驗(yàn)結(jié)果，愛因斯坦敏銳地認(rèn)識到“不會(huì)有這樣的事情”. 他分析到：（1）麥克斯韋方程不容懷疑，赫茲已在7年前實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電

2、磁波的存在；麥克斯韋方程是波動(dòng)方程，滿足方程的可能解應(yīng)是時(shí)空中的波.“凍結(jié)的海浪圖樣”不是麥克斯韋方程的可能解.（2）相對性原理不容懷疑，相對性原理是自然界普遍存在的事實(shí)，對電動(dòng)力學(xué)同樣成立，慣性系中的觀察者看到的一切物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)該與一個(gè)相對于地球靜止的觀察者看到的相同. 理想實(shí)驗(yàn)的結(jié)果意味著在以光速運(yùn)動(dòng)的慣性系中，麥克斯韋方程不再是波動(dòng)方程，相對性原理對電動(dòng)力學(xué)不成立. 那么，問題出在哪兒呢？通過對理想實(shí)驗(yàn)條件的逐一分析，愛因斯坦認(rèn)為觀察者以光速運(yùn)動(dòng)的假設(shè)是沒有事實(shí)依據(jù)的.從而推論觀察者不能以光速運(yùn)動(dòng)，而且無論通過任何形式的慣性系速度變換，也不能達(dá)到或超過光速.光速不僅是電磁波傳播的速率，而且是一切物理作用傳播速度的上限，盡管極限速率c的推論與牛頓定律或伽利略變換相沖突.理想實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了愛因斯坦相對論思想的萌芽，從理想實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題到最后問題的解決——狹義相對論誕生，愛因斯坦用了整整10年時(shí)間. (摘自《物理教師》xx·6作者羅黎)