北京石油化工学院：《大学物理》课程PPT教学课件（讲稿）第五篇 近代物理学基础 第十九章 狭义相对论基础（19.1-19.5）

202l/2/25 第二十一章原子的量子理论 第二十章光的量子性 第五篇 第十九章狭义相对论基础 近代物理学基

2021/2/25 第五篇 近代物理学基础 第二十章光的量子性 第十九章狭义相对论基础 第二十一章原子的量子理论

第十九章狭义相对论基础 §19-1伽利略变换经典力学的时空观 §19-2麦克尔逊-莫雷实验 §19-3爱因斯坦假设洛仑兹变换 §19-4狭义相对论的时空观 §19-5洛仑兹速度变换法则 §19-6相对论动力学基础 2021/225

2021/2/25 §19-1 伽利略变换 经典力学的时空观 §19-3 爱因斯坦假设 洛仑兹变换 §19-5 洛仑兹速度变换法则 §19-4 狭义相对论的时空观 §19-6 相对论动力学基础 §19-2 麦克尔逊-莫雷实验 第十九章 狭义相对论基础

教学基本要求 了解产生背景,理解其基本原理,理解牛顿力 学时空观和狭义相对论时空观及二者的关系 2.掌握洛仑兹变换,理解同时的相对性、长度收 缩、时间膨胀的概念 3.理解质量和能量的关系,并能用以分析计算有 关的简单问题

1.了解产生背景，理解其基本原理，理解牛顿力 学时空观和狭义相对论时空观及二者的关系 2.掌握洛仑兹变换，理解同时的相对性、长度收 缩、时间膨胀的概念 3.理解质量和能量的关系，并能用以分析计算有 关的简单问题 教学基本要求

十九世纪末物理学已经发展成为一套相当 完整的理论: 力 学:牛顿力学; 电磁学、光学:麦克斯韦电磁场理论; 相对论 热 学:热力学和统计物理学。 但十九世纪末二十世纪初,却发现许多新的 实验事实不能用这套经典物理学来解释 ☆迈克尔逊—莫雷实验; ☆黑体辐射; ☆光电效应; ☆康普顿效应; ☆原子光谱等。 2021225

2021/2/25 相 对 论 十九世纪末物理学已经发展成为一套相当 完整的理论： 力 学：牛顿力学； 电磁学、光学：麦克斯韦电磁场理论； 热 学：热力学和统计物理学。 但十九世纪末二十世纪初，却发现许多新的 实验事实不能用这套经典物理学来解释： ☆ 迈克尔逊—莫雷实验； ☆ 黑体辐射； ☆ 光电效应； ☆ 康普顿效应； ☆ 原子光谱等

经典物理学遇 到了极大的困难! 直到: 相对论 1900年普郎克提出能量子假设; 1905年爱因斯坦提出相对论和光子假设; 1913年玻尔提出氢原子半经典理论; 1924年德布罗意提出实物粒子和光一样具 有波粒二象性假设。 个较完整的理论体系一量子力学的建 立,困难才得到圆满的解释。 2021225

2021/2/25 相 对 论 1900年普郎克提出能量子假设； 1905年爱因斯坦提出相对论和光子假设； 1913年玻尔提出氢原子半经典理论； 1924年德布罗意提出实物粒子和光一样具 有波粒二象性假设。 经典物理学遇 到了极大的困难！ 一个较完整的理论体系—量子力学的建 立，困难才得到圆满的解释。 直到：

相对论和量子力学是近代物理学的两大支柱, 也是许多基础科学和工程科学的基础。 本篇主要介绍狭义相对论和量子力学简介。 相对论 相对论分为狭义相对论和广义相对论 局限于惯性参照系的相对论称为狭义相对论, 推广到一般参照系包括引力场在内的相对论称为 广义相对论。 2021225

2021/2/25 相 对 论 相对论和量子力学是近代物理学的两大支柱， 也是许多基础科学和工程科学的基础。 本篇主要介绍狭义相对论和量子力学简介。 相对论分为狭义相对论和广义相对论 局限于惯性参照系的相对论称为狭义相对论， 推广到一般参照系包括引力场在内的相对论称为 广义相对论

§19-1伽利略变换、经典力学时空观、 力学相对性原理 、伽利略变换 在参考系中发生的一个物理事件要用四个坐标 相对 论 经典力学时空观 (x、y、z、t)来描述 物理事件在两个参考系中来描述: 在S系中用:(x 、Jz、t) 在S系中用:(x'、y、z'、t 设S系和S'系都是惯性参照系,且: S系相对于S系沿x轴以速度u运动, 开始时坐标原点O和O'重合 2021225

2021/2/25 经 典 力 学 时 空 观 相 对 论 在参考系中发生的一个物理事件要用四个坐标 （x、y、z、t）来描述。 §19 –1 伽利略变换、经典力学时空观、 力学相对性原理 一、伽利略变换 在S系中用： （x、y、z、t） 物理事件在两个参考系中来描述： 在S'系中用：（x' 、y' 、z' 、t' ） 设S系和S'系都是惯性参照系，且： S'系相对于S系沿x轴以速度u 运动， 开始时坐标原点O 和 O ' 重合

S系和S系中的时间和空间有什么关系? x'sx-ut S系中(x'、y'、z'、t") 伽利略变换 Z =Z 相对 论 经典力学时空观 S系中(x、y、zt) x=x+ ut 伽利略逆变换 = J P(x, y,z, t) y, 4 S系 S"系 xx 2021225

2021/2/25 经 典 力 学 时 空 观 相 对 论 S系 S'系 O' x x' z' y' P（ x，y，z，t） （x' ，y' ，z' ，t'） y z O u r  r   t t z z y y x x ut =  =  =  =  + S系中（x、y、z、t）： t t z z y y x x ut  =  =  =  = − S'系中（x' 、y' 、z' 、t' ）： ——伽利略变换 ——伽利略逆变换 S系和S'系中的时间和空间有什么关系？

伽利略变换的矢量形式表为: 或 rsr'+ut t= t 经典力学时空观 相 对 论 经典力学时空观 棒长为l,静止放在S系中,分别在S系和S系 中测量其长度 S系 S系u r x 2021225

2021/2/25 经 典 力 学 时 空 观 相 对 论 伽利略变换的矢量形式表为： t t r r ut  =  = −    t t r r ut =  =  +    或 二、经典力学时空观 棒长为 l ，静止放在S系中，分别在S系和S'系 中测量其长度： l S系 S'系 O' x x' z' y y' z O u

在S系中测得: l=√(x2-x1)2+(y2-y1)2+(2-x) 在S系中测得 相对论 经典力学时空观 =V(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-x1) (x2-ut-x1+ut)2+(y2-y1)2+(x2-z1)2 (x2-x1)+(y2-y1)+(x2-31)2=l 一切惯性系中测得的长度都是相同的,即空 间是绝对的,与参照系无关。 2021225

2021/2/25 在S'系中测得： x x y y z z l x ut x ut y y z z l x x y y z z = − + − + − = = − − + + − + −  =  −  +  −  +  −  2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 在S系中测得： 一切惯性系中测得的长度都是相同的，即空 间是绝对的，与参照系无关。 经 典 力 学 时 空 观 相 对 论 2 2 1 2 2 1 2 2 1 l = (x − x ) + ( y − y ) + (z − z )