boi duong can tho songco

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN VẬT LÝ
THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP
EINSTEIN
Phần dành cho đơn vị
2009
HỒ HỮU HẬU
NÂNG CAO NĂNG LỰC GIẢNG DẠY SGK
NÂNG CAO NĂNG LỰC GIẢNG DẠY SGK


VẬT LÝ 12 VÀ CÔNG NGHỆ 12
VẬT LÝ 12 VÀ CÔNG NGHỆ 12
CHO GIÁO VIÊN THPT
CHO GIÁO VIÊN THPT
MỤC
MỤC


LỤC
LỤC

Đặt vấn đề
Đặt vấn đề

Nguyên lý tương đối Galileo
Nguyên lý tương đối Galileo

Vận tốc ánh sáng
Vận tốc ánh sáng


Thuyết Ether vũ trụ
Thuyết Ether vũ trụ

Thí nghiệm Michelson - Morley
Thí nghiệm Michelson - Morley

Giới hạn của cơ học cổ điển
Giới hạn của cơ học cổ điển

Nguyên lý tương đối Einstein
Nguyên lý tương đối Einstein

Tính tương đối của sự đồng thời
Tính tương đối của sự đồng thời
1
1

Phép biến đổi Lorentz
Phép biến đổi Lorentz

Sự chậm lại của thời gian
Sự chậm lại của thời gian

Sự co chiều dài
Sự co chiều dài

Xung lượng tương đối tính
Xung lượng tương đối tính


Năng lượng tương đối tính
Năng lượng tương đối tính

Các ví dụ
Các ví dụ
2
ĐẶT VẤN ĐỀ
ĐẶT VẤN ĐỀ

Quan sát
Quan sát

Nêu nhận xét
Nêu nhận xét

Kết luận
Kết luận

Câu hỏi đặt vấn đề
Câu hỏi đặt vấn đề
3
3
•
Một quan sát viên đứng trên
Một quan sát viên đứng trên
xe tải ném một quả cầu theo
xe tải ném một quả cầu theo
phương thẳng đứng. Ta xét
phương thẳng đứng. Ta xét
ba trường hợp:

ba trường hợp:
•
Xe tải đứng yên
Xe tải đứng yên


•
Quan sát viên 1 đứng trên xe
Quan sát viên 1 đứng trên xe
tải thấy quả cầu chuyển
tải thấy quả cầu chuyển
động theo quỹ đạo thẳng
động theo quỹ đạo thẳng
đứng
đứng
•
Quan sát viên 2 đứng yên
Quan sát viên 2 đứng yên
trên mặt đất thấy hiện tượng
trên mặt đất thấy hiện tượng
cũng giống như vậy
cũng giống như vậy
Ví dụ
4
4
•
Xe tải chuyển động
Xe tải chuyển động
•
Quan sát viên 2 đứng trên

Quan sát viên 2 đứng trên
xe tải sẽ thấy hiện tượng
xe tải sẽ thấy hiện tượng
không thay đổi
không thay đổi
•
Quan sát viên 1 đứng yên
Quan sát viên 1 đứng yên
trên trên mặt đất sẽ thấy:
trên trên mặt đất sẽ thấy:
•
Quỹ đạo của quả cầu có
Quỹ đạo của quả cầu có
dạng parabol
dạng parabol
•
Vận tốc quả cầu cùng
Vận tốc quả cầu cùng
chiều và có độ lớn bằng
chiều và có độ lớn bằng
với vận tốc chuyển
với vận tốc chuyển
động của xe tải
động của xe tải
5
5
Kết luận
Kết luận

•

Hai hiện tượng cơ học diễn ra như nhau trong hai
hệ quy chiếu gắn với hai quan sát viên
•
Cùng một hiện tượng cơ học nhưng quan sát thấy
khác nhau là do chuyển động tương đối của hệ quy
chiếu này so với hệ quy chiếu kia
6
6
NGUYÊN LÝ TƯƠNG ĐỐI GALILEO
NGUYÊN LÝ TƯƠNG ĐỐI GALILEO


•
Mọi hiện tượng cơ học đều diễn ra như nhau trong mọi
Mọi hiện tượng cơ học đều diễn ra như nhau trong mọi
hệ qui chiếu quán tính
hệ qui chiếu quán tính
•
Phát biểu khác
Phát biểu khác
•
Không thể dùng các thí nghiệm cơ học trong nội bộ
một hệ quán tính để xét xem nó đứng yên hay chuyển
động thẳng đều so với một hệ quán tính khác
7
7
Phép biến đổi tọa độ Galileo
Phép biến đổi tọa độ Galileo
•
Một biến cố S có tọa độ trong hệ K là (

Một biến cố S có tọa độ trong hệ K là (
x
x
,
,
y
y
,
,
z
z
,
,
t
t
)
)
•
Trong hệ K’ biến cố S có tọa độ là (
Trong hệ K’ biến cố S có tọa độ là (
x
x
’,
’,
y
y
’,
’,
z
z

’,
’,
t
t
’)
’)
•
Công thức biến đổi Galileo
Công thức biến đổi Galileo
x
x
’ =
’ =
x
x
–
–
vt
vt
y
y
’ =
’ =
y
y
z
z
’ =
’ =
z

z
t
t
’ =
’ =
t
t
•
Thời gian trong cơ học cổ điển là bất biến và chung
nhất trong mọi hệ quy chiếu
8
8
VẬN TỐC ÁNH SÁNG
VẬN TỐC ÁNH SÁNG


•
Cuối thế kỷ XIX, các nhà vật lý
Cuối thế kỷ XIX, các nhà vật lý
đã thực hiện nhiều thí nghiệm
đã thực hiện nhiều thí nghiệm
xác định
xác định
vận tốc ánh sáng
vận tốc ánh sáng
:
:
•
Thí nghiệm Ole Roemer
•

Năm 1675, Ole Roemer đã
quan sát che khuất giữa sao
Mộc và vệ tinh của nó để đo
vận tốc ánh sáng
c = 220.000 km/s
9
9
Thí nghiệm Michelson
Thí nghiệm Michelson
•
Năm 1879, Michelson đã tiến
Năm 1879, Michelson đã tiến
hành thí nghiệm đo vận tốc
hành thí nghiệm đo vận tốc
ánh sáng bằng gương quay
ánh sáng bằng gương quay
•
Giá trị vận tốc ánh sáng trong
phép đo này là
c = 299.909 km/s
10
10
Công thức cộng vận tốc cổ điển
Công thức cộng vận tốc cổ điển
•
Một chất điểm chuyển động trong hệ K dọc theo trục x
Một chất điểm chuyển động trong hệ K dọc theo trục x
•
Công thức biến đổi vận tốc của chất điểm giữa hai hệ K
Công thức biến đổi vận tốc của chất điểm giữa hai hệ K

và K’ là:
và K’ là:
u là vận tốc của chất điểm và v là vận tốc tương đối giữa
u là vận tốc của chất điểm và v là vận tốc tương đối giữa
hai hệ quán tính
hai hệ quán tính
v
dt
dx
dt
dx
−=
'
vuu
xx
−='
11
11
THUYẾT ETHER VŨ TRỤ
THUYẾT ETHER VŨ TRỤ
•
Vào cuối thế kỷ XIX, nhiều thí nghiệm chứng tỏ vận
Vào cuối thế kỷ XIX, nhiều thí nghiệm chứng tỏ vận
tốc ánh sáng bằng c
tốc ánh sáng bằng c
•
Các nhà vật lý cho rằng ánh sáng truyền đi qua một
Các nhà vật lý cho rằng ánh sáng truyền đi qua một
môi trường giả định gọi là ether vũ trụ
môi trường giả định gọi là ether vũ trụ

•
Ether là môi trường đàn hồi, không có trọng
Ether là môi trường đàn hồi, không có trọng
lượng, tuyệt đối trong suốt, có mặt ở mọi nơi trong
lượng, tuyệt đối trong suốt, có mặt ở mọi nơi trong
vũ trụ, và đứng yên trong không gian tuyệt đối
vũ trụ, và đứng yên trong không gian tuyệt đối
12
12
•
Maxwell đã chứng minh ánh sáng là sóng điện từ
Maxwell đã chứng minh ánh sáng là sóng điện từ
truyền đi trong chân không với vận tốc:
truyền đi trong chân không với vận tốc:


c
c
= 3.00 x 10
= 3.00 x 10
8
8
m/s
m/s
•
Michelson và Morley đã tiến hành thí nghiệm để kiểm
chứng giả thuyết ether vũ trụ
13
13
THÍ NGHIỆM MICHELSON - MORLEY

THÍ NGHIỆM MICHELSON - MORLEY
•
Thí nghiệm đầu tiên được
thực hiện vào năm 1881
•
Cải tiến để đạt độ chính
xác cao vào năm 1887 bằng
cách xác định vận tốc
chuyển động tương đối của
Trái Đất với ether
14
14
THÍ NGHIỆM MICHELSON - MORLEY
THÍ NGHIỆM MICHELSON - MORLEY

Quan sát và phân tích
Quan sát và phân tích
các bước thí nghiệm
các bước thí nghiệm

Nêu nhận xét
Nêu nhận xét

Kết luận
Kết luận
15
15
Thí nghiệm Michelson-Morley
Thí nghiệm Michelson-Morley
•

Hình vẽ là sơ đồ giao thoa kế
Hình vẽ là sơ đồ giao thoa kế
Michelson
Michelson
•
Đặt n
Đặt n
hánh M
hánh M
0
0
M
M
2
2
trùng phương với
trùng phương với
vận tốc Trái Đất trong vũ trụ
vận tốc Trái Đất trong vũ trụ
và
và
quan sát hình ảnh các vân giao thoa
quan sát hình ảnh các vân giao thoa
•
Quay toàn bộ dụng cụ một góc
Quay toàn bộ dụng cụ một góc
bằng 90
bằng 90
0
0

và quan sát sự dịch
và quan sát sự dịch
chuyển các vân giao thoa
chuyển các vân giao thoa
16
16

Từ năm 1897
Từ năm 1897
,
,
các
các


thiết bị được cải tiến
thiết bị được cải tiến
để phát hiện độ dịch
để phát hiện độ dịch
chuyển vào khoảng
chuyển vào khoảng
vài phần trăm vân, cho
vài phần trăm vân, cho
phép phát hiện gió
phép phát hiện gió
ether có vận tốc vào
ether có vận tốc vào
khoảng 3 km/s
khoảng 3 km/s
17

17
Kết quả thí nghiệm Michelson-Morley
Kết quả thí nghiệm Michelson-Morley
•
Không phát hiện sự dịch chuyển của các vân giao thoa
Không phát hiện sự dịch chuyển của các vân giao thoa
•
Không phát hiện ra gió ether
Không phát hiện ra gió ether
•
Ánh sáng là sóng điện từ truyền đi không cần môi trường
Ánh sáng là sóng điện từ truyền đi không cần môi trường
•
Vận tốc ánh sáng không đổi trong mọi hệ quy chiếu quán
Vận tốc ánh sáng không đổi trong mọi hệ quy chiếu quán
tính
tính
•
Giả thuyết ether vũ trụ bị gạt bỏ
Giả thuyết ether vũ trụ bị gạt bỏ
18
18
GIỚI HẠN CỦA CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
GIỚI HẠN CỦA CƠ HỌC CỔ ĐIỂN
•
Không giới hạn vận tốc cho các vật thể chuyển động
Không giới hạn vận tốc cho các vật thể chuyển động
•
Vật lý học hiện đại cho rằng không có vật thể nào
Vật lý học hiện đại cho rằng không có vật thể nào

chuyển động với vận tốc lớn hơn hay bằng vận tốc ánh
chuyển động với vận tốc lớn hơn hay bằng vận tốc ánh
sáng
sáng
•
Cơ học Newton không thích hợp khi nghiên cứu các
Cơ học Newton không thích hợp khi nghiên cứu các
vật thể chuyển động với vận tốc rất lớn so sánh được
vật thể chuyển động với vận tốc rất lớn so sánh được
với vận tốc của ánh sáng trong chân không
với vận tốc của ánh sáng trong chân không
•
Cơ học Newton là trường hợp riêng của cơ học tương
Cơ học Newton là trường hợp riêng của cơ học tương
đối tính ứng với các vật thể chuyển động có vận tốc
đối tính ứng với các vật thể chuyển động có vận tốc
nhỏ hơn vận tốc ánh sáng
nhỏ hơn vận tốc ánh sáng
19
19
ALBERT EINSTEIN
ALBERT EINSTEIN

1879 – 1955
1879 – 1955

1905
1905

Thuyết tương đối hẹp

Thuyết tương đối hẹp

(Special Relativity)
(Special Relativity)

1916
1916

Thuyết tương đối rộng
Thuyết tương đối rộng

(General Relativity)
(General Relativity)

1919 – củng cố lý
1919 – củng cố lý
thuyết tương đối rộng
thuyết tương đối rộng
20
20
NGUYÊN LÝ TƯƠNG ĐỐI EINSTEIN
NGUYÊN LÝ TƯƠNG ĐỐI EINSTEIN
•
Thuyết tương đối Einstein được xây dựng dựa trên hai
Thuyết tương đối Einstein được xây dựng dựa trên hai
luận điểm cơ bản, gọi là hai tiên đề Einstein:
luận điểm cơ bản, gọi là hai tiên đề Einstein:
•
Tiên đề 1:
Tiên đề 1:

mở rộng nguyên lý tương đối Galileo
mở rộng nguyên lý tương đối Galileo
Mọi hiện tượng vật lý (cơ, nhiệt, điện, quang, vật lý
Mọi hiện tượng vật lý (cơ, nhiệt, điện, quang, vật lý
nguyên tử và hạt nhân) diễn ra như nhau trong mọi
nguyên tử và hạt nhân) diễn ra như nhau trong mọi
hệ quy chiếu quán tính
hệ quy chiếu quán tính
•
Tiên đề 2:
Tiên đề 2:
xuất phát từ thí nghiệm Michelson và các
xuất phát từ thí nghiệm Michelson và các
thí nghiệm khác liên quan đến vận tốc ánh sáng
thí nghiệm khác liên quan đến vận tốc ánh sáng
Vận tốc ánh sáng trong chân không là không đổi theo
Vận tốc ánh sáng trong chân không là không đổi theo
mọi phương và không phụ thuộc vào chuyển động của
mọi phương và không phụ thuộc vào chuyển động của
nguồn sáng
nguồn sáng
21
21
•
Mở rộng nguyên lý tương đối Galileo về sự bình đẳng
Mở rộng nguyên lý tương đối Galileo về sự bình đẳng
giữa các hệ quy chiếu quán tính đối với các định luật
giữa các hệ quy chiếu quán tính đối với các định luật
vật lý nói chung
vật lý nói chung

•
Bác bỏ quan niệm về tính tuyệt đối của thời gian và
Bác bỏ quan niệm về tính tuyệt đối của thời gian và
không gian trong cơ học cổ điển
không gian trong cơ học cổ điển
•
Thừa nhận các khái niệm không gian và thời gian có
Thừa nhận các khái niệm không gian và thời gian có
tính tương đối
tính tương đối
•
Einstein không thừa nhận sự đồng thời
Einstein không thừa nhận sự đồng thời
•
Sau đây là thí nghiệm thể hiện ý tưởng của Einstein
Sau đây là thí nghiệm thể hiện ý tưởng của Einstein
22
22
TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA SỰ ĐỒNG THỜI
TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA SỰ ĐỒNG THỜI



Quan sát đoạn video
Quan sát đoạn video
hình động
hình động

Nêu nhận xét
Nêu nhận xét


Kết luận
Kết luận
23
23