河北师范大学：《电动力学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六章 狭义相对论（6.1）历史背景及重要实验基础

电动力学 第六章 pecial relativity 河北师范大学重点建设误程

河北师范大学重点建设课程 第 六 章 Special relativity 电动力学

2005 World Year of Physics 2005 世界物理年 Einstein in the 21st Century 念受因斯担 熟8姻附论诞生 100同与囟 衔担逝世50周 让物理走近 大众,让世界 拥抱物理 Physics 200 il bring the exc ement f physics to the pubi and inspire a new generation of scentists

2005 世界物理年 纪念爱因斯坦 狭义相对论诞生 100周年与爱因 斯坦逝世50周年。 让 物 理 走 近 大众，让世界 拥抱物理

The Solvay Congress Werner Heisenberg of1927 Louis de broglie Erwin Schrodinger 5下W零 学了号 H.A. Lorentz Max Born Max Planck Einstein Niels bohr

主要内容: ·相对论的实验基础 相对论的基本原理洛伦兹变换 相对论的时空理论 相对论的四维形式 相对论力学 A爱因斯坦—20世纪最伟大的物理学家 1879年3月14日生于德国乌耳姆,1900年毕业于 瑞土苏黎世联邦工业大学。1905年,爱因斯坦在 科学史上创造了史无前例的奇迹—建立了狭义 相对论,推动了整个物理学理论的革命。1955年 4月19日在美国逝世

主要内容： A.爱因斯坦 —— 20世纪最伟大的物理学家。 1879年3月14日生于德国乌耳姆，1900年毕业于 瑞士苏黎世联邦工业大学。1905年，爱因斯坦在 科学史上创造了史无前例的奇迹—— 建立了狭义 相对论，推动了整个物理学理论的革命。1955年 4月19日在美国逝世。 • 相对论的基本原理 洛伦兹变换 • 相对论的四维形式 • 相对论的时空理论 • 相对论力学 • 相对论的实验基础 机动 目录 上页 下页 返回 结束

1905年,除去博士论文外,爱因斯坦连 续发表了4篇重要论文,其中任何一篇,都 够得上拿诺贝尔奖。3月,发表了解释光电 效应的论文,提出光子说;5月,发表关于 布朗运动的论文,间接证明了分子的存在; 6月,发表“论运动媒质的电动力学”的论 文,提出了狭义相对论;9月发表了有关质 能关系式的论文,指出能量等于质量乘光速 的平方E=mc2。 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: 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。 机动目录上页下页返回结束

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: 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。 机动 目录 上页 下页 返回 结束 1905年，除去博士论文外，爱因斯坦连 续发表了4篇重要论文，其中任何一篇，都 够得上拿诺贝尔奖。3月，发表了解释光电 效应的论文，提出光子说；5月，发表关于 布朗运动的论文，间接证明了分子的存在； 6月，发表“论运动媒质的电动力学”的论 文，提出了狭义相对论；9月发表了有关质 能关系式的论文，指出能量等于质量乘光速 的平方E = mc 2

狭义相对论的重点与难点 本章重点: 1、深刻理解经典时空理论和迈克尔逊实验; 2、熟记狭义相对论基本原理、洛仑兹变换; 3、理解同时的相对性和尺缩、钟慢效应,能够 熟练利用洛仑兹速度变换解决具体问题; 4、了解相对论四维形式和四维协变量; 5、掌握相对论力学的基本理论并解决实际问题。 本章难点 1、同时的相对性、时钟延缓效应的相对性 2、相对论四维形式的理解; 3、电动力学相对论不变性的导出过程。*

狭义相对论的重点与难点 本章难点： 1、同时的相对性、时钟延缓效应的相对性； 2、相对论四维形式的理解； 3、电动力学相对论不变性的导出过程。 * 本章重点： 1、深刻理解经典时空理论和迈克尔逊实验； 2、熟记狭义相对论基本原理、洛仑兹变换； 3、理解同时的相对性和尺缩、钟慢效应，能够 熟练利用洛仑兹速度变换解决具体问题； 4、了解相对论四维形式和四维协变量； 5、掌握相对论力学的基本理论并解决实际问题。 机动 目录 上页 下页 返回 结束

§1历史背景及重要实验基础 《引言》 牛顿力学 19世纪后期,经典物理 学的三大理论体系使经典 麦克斯韦电磁场理论 物理学已趋于成熟。 热力学与经典统计理论 两朵乌云:·迈克耳逊莫雷“以太漂移”实 体辐射实验 狭义相对论 近代物理学的两大 支柱,逐步建立了 量子力学 新的物理理论。 ·近代物理不是对经典理论的简单否定 近代物理不是经典理论的补充,而是全新的理论 机动目录上页下页返回结束

§1 历史背景及重要实验基础 《引言》 牛顿力学 麦克斯韦电磁场理论 热力学与经典统计理论 • 19世纪后期，经典物理 学的三大理论体系使经典 物理学已趋于成熟。 两朵乌云： • 迈克耳逊——莫雷“以太漂移”实 验• 黑体辐射实验 • 近代物理不是对经典理论的简单否定 • 近代物理不是经典理论的补充，而是全新的理论 狭义相对论 量子力学 • 近代物理学的两大 支柱，逐步建立了 新的物理理论。 机动 目录 上页 下页 返回 结束

、伽利略变换 在两个惯性系中分析描述同一物理事件 event) 在t=0时刻,物体在O点∑∑系重合 在t=t时刻,物体运动到P点 .a 2az ∑ ∑ l 3,y x=x-vt 正变换 X(X)

正 变 换 x  = x −vt y y  = z  = z t = t —— 在两个惯性系中分析描述同一物理事件(event) 一、伽利略变换 O Z X Y O' Z' (X') Y' v P (x, y, z) • 在t ＝ t 时刻，物体运动到P 点 在t ＝0 时刻，物体在O 点, 系重合  : r(x, y,z,t)  : r (x  , y  ,z  ,t)  r  r     机动 目录 上页 下页 返回 结束 Z

关于长度和时间的测量 在每个惯性系放一个时钟和一把尺子,钟和尺与 参照系无关,与内部结构无关,与运动无关。 运动长度的测量:在同一时间去测量物体的两端。 Ay=V(x2-x)2+(y2-y)2+(=2-=)2 21 y=√(x2-x1)2+(2-y1)2+(2-2)2=A

关于长度和时间的测量 • 在每个惯性系放一个时钟和一把尺子，钟和尺与 参照系无关，与内部结构无关，与运动无关。 • 运动长度的测量：在同一时间去测量物体的两端。 t1= t2 l = x2 - x1 O X Y  (x1 t1 ) (x2 t2 ) Y'  v X' 2 2 1 2 2 1 2 2 1 r = (x − x ) + (y − y ) + (z − z ) 2 1 2 1 x x x vt x vt   − = − − − ( ) ( ) 2 1 = x − x 2 2 2 2 1 2 1 2 1  = − + − + − r x x y y z z        ( ) ( ) ( ) = r 机动 目录 上页 下页 返回 结束

x=x+ vt 伽利略坐标变换式 逆变换 」L伽利略速度变换式 t= t 伽利略加速度变换式 时间是绝对的 At=∠ 牛顿定律不变性 ·空间是绝对的 f=ma'ma= F 结论:在一切惯性系中,经典力学 ·时空相互分离 中的时空是绝对的绝对时空观

逆 变 换 t t z z y y x x vt =  =  =  =  +  , , x x y y z z u u v u u u u    = − = = 伽利略坐标变换式 伽利略速度变换式 , , x x x y y z z du a a a a a a a dt    = − = = = 伽利略加速度变换式 牛顿定律不变性 F ma   = ma F   = = 结论：在一切惯性系中，经典力学 中的时空是绝对的—— 绝对时空观 • 时间是绝对的 • 空间是绝对的 t' = t x' = x • 时空相互分离 机动 目录 上页 下页 返回 结束