物理基础教案-相对论.docVIP

相对论 意义 相对论是现代物理学的两大基石之一，给我们提供了新的时空观，是二十世纪最伟大的科学事件之一。对物理学、天文学乃至哲学思想都有深远影响。 相对论是科学技术发展到一定阶段的必然产物，是电磁理论合乎逻辑的继续和发展，是物理学各有关分支又一次综合的结果。 人物介绍 爱因斯坦　Albert Einstein 1879-1955 德裔瑞士人，美国苏黎世大学、普林斯顿 高等研究院理论物理学家 相对论的创建者 1921年诺贝尔物理学奖 　-因在理论物理学上的发现，特别是发现了光电效应的定律 图18.1　爱因斯坦 生平事迹 图18.2　在专利局工作的爱因斯坦 1879年3月14日，诞生在德国符腾堡乌尔姆城的一个犹太族家庭里。父亲是经营电器作坊的小业主。 　　1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学，毕业两年后才在伯尔尼瑞士专利局找到技术员的工作。 　　1902年前后，爱因斯坦和几位年轻朋友组成“奥林比亚科学院”，每晚聚在一起，研读斯宾诺莎、休谟、彭加勒等人的科学和哲学著作。斯宾诺莎关于自然界统一的思想，休谟的时空观，马赫对牛顿绝对时空观的批判都引起爱因斯坦极大的兴趣。 图18.3　爱因斯坦（右）和两位年轻朋友组成“奥林比亚科学院” 　　1905年头几个月一连发表了三篇重要论文。一篇是关于电动力学的，一篇是关于光电效应的，还有一篇是关于布朗运动的，三篇都具有划时代意义。6月完成的《动体的电动力学》一文中，爱因斯坦建立了狭义相对论，开创了物理学的新纪元。他提出了两条基本原理：相对性原理和光速不变原理并且提出了时间、空间的新概念。同年9月，爱因斯坦还写出了《物体的惯性同它所含有的能量有关吗？》的论文，提出了著名的质能关系式B＝mc2，阐明质量是m的物体蕴藏着mc2的能量，为原子能的开发、利用提供了理论基础。 　　1907年开始从事广义相对论的研究。 　　1916年在他的好朋友、数学家格罗斯曼的帮助下，在德国的《物理学杂志》上发表了《广义相对论基础》的论文，建立了广义相对论。 1929年2月，发表《统一场论》的论文。从此以后，他几乎把后半生的全部精力都投入到统一场论的研究中去，企图把引力场和电磁场理论统一起来。虽然爱因斯坦在这方面的研究一直没有取得重大进展，但它开辟了一个全新的研究领域，具有深远意义。 小时候的故事 图18.4　爱因斯坦和他的妹妹在一起 爱因斯坦小时并不显得才华出众，说话很晚，直到5岁话还说不清楚，曾被医生认为发育不正常。不过，阿尔伯特很爱思考，总是向大人盘问“为什么？”小时他就有强烈的求知欲和好奇心。例如：四、五岁时就对罗盘发生过浓厚兴趣。有一天，阿尔伯特生病躺在床上，非常难受。父亲拿来一个小罗盘给儿子解闷。阿尔伯特的小手捧着罗盘，只见罗盘中间那根磁针在轻轻地抖动，总是指着北方。他把盘子转过去，磁针并不听他的话，照旧指向北方。爱因斯坦又把罗盘捧在胸前，扭转身子，再猛扭过去，可那根针又回来了，还是指向北方。不管他怎样转动身子，那根细细的红色磁针就是顽强地回到原来的方向。小阿尔伯特忘掉了身上的病痛，满脸的惊讶和困惑：是什么东西使它总是指向北方呢？这根磁针周围什么东西也没有，是什么力量推着它指向北方的呢？ 　　爱因斯坦67岁时回忆到童年时代的“罗盘经历”时感慨万千。他写道：“为什么罗盘的针总是指向南北？这里一定有什么东西深深地隐藏在事物后面。” 　　小小的罗盘，里面那根按照一定规律行动的磁针，唤起了这位未来的科学巨匠的好奇心--探索事物原委的好奇心。而这种神圣的好奇心，正是萌生科学的幼苗。 对他影响最大的人 有两个人对爱因斯坦成为科学家产生过重大影响。他们把打开自然科学殿堂大门的第一把钥匙交给了爱因斯坦。这两个人是爱因斯坦的叔叔雅柯布·爱因斯坦和来自俄国的大学生塔尔梅。 　　雅柯布叔叔是一位很有事业心而且精力充沛的人，他是电器工程师，爱好数学，当爱因斯坦全家移居慕尼黑，他父亲在那里经营创办一间电器工厂时，雅柯布叔叔在工厂里管技术，因此经常和阿尔伯特在一起成了孩子入学前的数学辅导员。阿尔伯特上学后，雅柯布叔叔常常给小爱因斯坦出些数学题让他解答。每当正确解答后，阿尔伯特就特别高兴。例如，雅柯布叔叔告诉他几何学中有一个定理，叫做毕达哥拉斯定理，内容是“在直角三角形斜边上的正方形（以斜边为边的正方形）等于直角边上的两个正方形”，阿尔伯特费了九牛二虎之力，试图证明这一定理。他有没有量过这些正方形的面积，我们不得而知。但是他确曾以极大的热忱希图自己证明这一定理。在晚年时，爱因斯坦回忆说：“经过艰巨的努力以后，我根据三角形的相似性成功地‘证明了’这条定理；在这样做的时候，我觉得，直角三角形各个边的关系‘显然’完全决定于它的一个锐角。” 　　1888年10月，爱因斯坦从慕尼黑国民学校进入路易波尔德中学学习。12岁时，来自俄国的大学生塔