银川能源学院（银川大学）：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五篇 近代物理基础 第13章 狭义相对论

第13章 狭义相对论 §13.1 伽利略变换力学相对性原理 §13.2 狭义湘对论基本原理洛仑兹变换 §13.3 狭义相对论时空观 §13.4相对论动力学的基本结论 雨的南网

------------------------------------------------------------------------------- 第13章 狭义相对论 §13.1 伽利略变换 力学相对性原理 §13.2 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 §13.3 狭义相对论时空观 §13.4 相对论动力学的基本结论

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. 因在理论物理学上的发现， 特别是发现了光电效应的定律 于1921年获诺贝尔物理学奖 南内例

------------------------------------------------------------------------------- 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. 因在理论物理学上的发现， 特别是发现了光电效应的定律. 于 1921年获诺贝尔物理学奖

相对论是关于时间、空间和物质运动关系的 理论，通常包括两部分： 狭义相对论 不考虑物质质量对时空的影响，是相对论的 特殊情况. 研究：惯性系中的物理规律； 惯性系间物理规律的变换。 揭示：时间、空间和运动的关系。 广义相对论 考虑质量对时空的影响，是关于引力的理论 研究：非惯性系中的物理规律及其变换。 揭示：时间、空间和引力的关系。 两的肉例

------------------------------------------------------------------------------- 相对论是关于时间、空间和物质运动关系的 理论，通常包括两部分： 狭义相对论 不考虑物质质量对时空的影响，是相对论的 特殊情况. 研究：惯性系中的物理规律； 惯性系间物理规律的变换。 揭示：时间、空间和运动的关系。 广义相对论 考虑质量对时空的影响，是关于引力的理论. 研究：非惯性系中的物理规律及其变换。 揭示：时间、空间和引力的关系

§131伽利略变换力学相对性原理 一、伽利略变换 经典力学时空观 如图所示.设时刻==0时，两坐标系的坐标原 点0与0'重合. 伽利略坐标变换方程 S→S S→S S x =x-ut x=x'+ut y=y y=y d=z z=2 =t =t 两的肉例

------------------------------------------------------------------------------- §13.1 伽利略变换 力学相对性原理 一、伽利略变换 经典力学时空观 如图所示.设时刻t＝t /＝0时，两坐标系的坐标原 点O与O′重合. x u  S / S o o / x / x 伽利略坐标变换方程 S→S/ P x /        = = = = − t t z z y y x x ut / / / / S /→S        = = = = + / / / / / t t z z y y x x ut

经典力学时空观 假定了时间对于一切参考系、坐标系都是相 同的，表现为 i=t △t=△' 时间间隔与参考系的运动状态无关 假定了在任一确定时刻，空间两点间的长度对 于一切参考系都是相同的， △M=△M 空间间隔与参考系的运动无关 时间和空间是彼此独立的，互不相关，并 且不受物质和运动的影响 雨的南网

------------------------------------------------------------------------------- 经典力学时空观 假定了时间对于一切参考系、坐标系都是相 同的，表现为 t＝t / t = t 时间间隔与参考系的运动状态无关 假定了在任一确定时刻，空间两点间的长度对 于一切参考系都是相同的， l = l 空间间隔与参考系的运动无关 时间和空间是彼此独立的，互不相关，并 且不受物质和运动的影响

二、力学相对性原理 一切彼此作匀速直线运动的惯性系，对描述运 动的力学规律来说是完全相同的. 或者说：力学规律对一切惯性系都是等价的， 这就是力学的相对性原理，也称伽利略相对性原理 du u 二x dt 0 =U =4 在所有惯性系中，加速度是不变量 经典力学中：m=m, 在S中有 F=ma,在S系中一定有F=ma

------------------------------------------------------------------------------- 二、力学相对性原理 一切彼此作匀速直线运动的惯性系，对描述运 动的力学规律来说是完全相同的. 或者说: 力学规律对一切惯性系都是等价的. 这就是力学的相对性原理，也称伽利略相对性原理.      = = = − z z y y x x u       / / /        = = = − z z y y x x a a a a dt du a a / / /      = = = z z y y x x a a a a a a / / / 在所有惯性系中，加速度是不变量. 经典力学中: m/＝m， 在S中有 F＝ma，在S /系中一定有F/＝m/a /

§13.2 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 一、狭义相对论的两条基本原理 1.伽利略变换的困难 1865年麦克斯韦建立了描述电磁运动普遍规律的 麦克斯韦方程组 预言了电磁波的存在 发现电磁波的波速等于光速c c:是一个常数，与参考系无关。 然而，当把电磁理论运用于运动物体时，在理论 体系上出现了明显的不自洽.人们发现麦克斯韦电磁 场方程组并不具有伽利略变换下形式不变的特以

------------------------------------------------------------------------------- §13.2 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 1865年麦克斯韦建立了描述电磁运动普遍规律的 麦克斯韦方程组． 一 、狭义相对论的两条基本原理 1.伽利略变换的困难 •预言了电磁波的存在 •发现电磁波的波速等于光速c c：是一个常数，与参考系无关。 然而，当把电磁理论运用于运动物体时, 在理论 体系上出现了明显的不自洽.人们发现麦克斯韦电磁 场方程组并不具有伽利略变换下形式不变的特点

如 按伽里略变换 S系中c-w. 当时人们认为麦克斯韦方程只有在相对以太静止 的惯性坐标系中才成立。 电磁波在“绝对静止”的惯性系中沿各方向传 播的速度都等于恒量c 问题集中在经典电磁学的以太假说. 想找到麦克斯韦电磁场方程组对“绝对静止” 参考系的形式。那么，就要找到以太，于是，人们 纷纷设计一些实验来寻找以太在这些实验中，以迈 克耳孙一莫雷的实验精度最高[(u/心)2级]，最具代表 性，但是，结果失败了 商的内网

------------------------------------------------------------------------------- 如： u  S S／ c 0 x 0 / x / 按伽里略变换 S /系中 c-u. 当时人们认为麦克斯韦方程只有在相对以太静止 的惯性坐标系中才成立。 电磁波在 “绝对静止”的惯性系中沿各方向传 播的速度都等于恒量c 问题集中在经典电磁学的以太假说． 想找到麦克斯韦电磁场方程组对 “绝对静止” 参考系的形式。那么，就要找到以太，于是，人们 纷纷设计一些实验来寻找以太.在这些实验中，以迈 克耳孙—莫雷的实验精度最高[(u/c)2级]，最具代表 性，但是，结果失败了

2.狭义相对论的两条基本原理 爱因斯坦认为： 应该抛弃以太假想，应该对伽利略变换关系进行 修正！ 爱因斯坦把这些观点概括表述为 狭义相对论的两条基本原理： (1)相对性原理： 所有物理定律在一切惯性系中都具有相同的形 式。或者说所有惯性系都是平权的，在它们之中所有 物理规律都一样 (2)光速不变原理： 所有惯性系中测量到的真空中光速沿各方向都等 于c,与光源的运动状态无关

------------------------------------------------------------------------------- 2.狭义相对论的两条基本原理 爱因斯坦认为： 应该抛弃以太假想， 应该对伽利略变换关系进行 修正！ 爱因斯坦把这些观点概括表述为 狭义相对论的两条基本原理： (1)相对性原理： 所有物理定律在一切惯性系中都具有相同的形 式．或者说所有惯性系都是平权的，在它们之中所有 物理规律都一样． (2)光速不变原理： 所有惯性系中测量到的真空中光速沿各方向都等 于c，与光源的运动状态无关．

√和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中 同时发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另一 惯性系中观察，并不一定是同时发生的. 说明同时具有相对性，时间的量度是相对的. 两的内例

------------------------------------------------------------------------------- 说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 . ✓ 和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中 同时发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另一 惯性系中观察，并不一定是同时发生的