西安石油大学理学院：《大学物理I University Physics I》课程资源（PPT教学课件）第14章 狭义相对论力学基础

近代 物理 第14章 狭义相对论力学基 础

近 代 物 理 第14章 狭义相对论力学基 础

第14章狭义相对论力学基础 14.1力学相对性原理 伽利略坐标变换式 14.2狭义相对论的两个基本假设 14.3狭义相对论的时空观 14.4洛伦兹变换 14.5狭义相对论质点动力学简介

爱因斯坦：Einstein 现代时空的创始人

爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人

相对论是二十世纪物理学最伟大的成就之一，相对论时空 观的建立是人们对物理现象认识上的一个飞跃。相对论对近代 物理学的发展，特别是核物理和高能物理的发展起着重大作用。 1、爱因斯坦建立起来的相对论包括狭义相对论和广义 相对论。 狭义相对论 局限于惯性参考系的时空理论，即只考虑物质 运动对时、空的影响。 广义相对论 推广到一般参考系（加速参照系) 和包括引力场在 内的理论，此时时、空还受到物质分布的影响

相对论是二十世纪物理学最伟大的成就之一，相对论时空 观的建立是人们对物理现象认识上的一个飞跃。相对论对近代 物理学的发展，特别是核物理和高能物理的发展起着重大作用。 1、爱因斯坦建立起来的相对论包括狭义相对论和广义 相对论。 狭义相对论 局限于惯性参考系的时空理论，即只考虑物质 运动对时、空的影响。 广义相对论 推广到一般参考系（加速参照系）和包括引力场在 内的理论，此时时、空还受到物质分布的影响

2、相对性和绝对性 相对论涉及到两个似乎对立的概念，相对性和不变性。 相对性：是指观测的相对性，对于一个给定的现象，由于观测 者不同而不同。 绝对性：是指一致的部分，对现象观测，有一些方面或一些规 律对不同的观测者都是一样的（也叫不变性）。 如E.P.维格纳所说：“我要说爱因斯坦最大的贡献，这一 点没有得到充分强调，即指出了不变性。什么是不变性？最 重要的不变性，爱因斯坦所认识的不变性，是容易描述的， 即首要的是自然定律到处都一样

2、相对性和绝对性 相对论涉及到两个似乎对立的概念，相对性和不变性。 相对性：是指观测的相对性，对于一个给定的现象，由于观测 者不同而不同。 绝对性：是指一致的部分，对现象观测，有一些方面或一些规 律对不同的观测者都是一样的(也叫不变性）。 如E.P.维格纳所说： “我要说爱因斯坦最大的贡献，这一 点没有得到充分强调，即指出了不变性。什么是不变性？最 重要的不变性，爱因斯坦所认识的不变性，是容易描述的， 即首要的是自然定律到处都一样。

3、爱因斯坦之前关于时空问题的一般认识 +牛顿的时空观 “宇宙系统的中心是不动的”；…“绝对空间是这样的， 按照其本身的性质与无论什么样的其他任何事物无关，永远 保持静止.”；“绝对时间是这样的，按其本身的性质与别 的任何事物无关，平静地流逝着。” 一一牛顿《自然哲学之数学原理及其宇宙体系》

“宇宙系统的中心是不动的” ；…“绝对空间是这样的， 按照其本身的性质与无论什么样的其他任何事物无关，永远 保持静止…” ； “绝对时间是这样的，按其本身的性质与别 的任何事物无关，平静地流逝着。 ” ---牛顿《自然哲学之数学原理及其宇宙体系》 3、爱因斯坦之前关于时空问题的一般认识 牛顿的时空观

4时空变换的概念 一个事件在相对论中是一个时空点。 同一事件的坐标从一个坐标系变换到另一个坐标系，叫做坐 标变换。联系这两组坐标的方程，叫做坐标变换方程 x=x(x,y,z,t) y=y(x,y,z,t) z=z(x,y,z,t) t=tx'y',z',t') 这组方程就是时空变换方程

4 时空变换的概念 一个事件在相对论中是－个时空点。 同一事件的坐标从一个坐标系变换到另一个坐标系，叫做坐 标变换。联系这两组坐标的方程，叫做坐标变换方程 ( , , , ) ' ' ' ' x  x x y z t 这组方程就是时空变换方程。 ( , , , ) ' ' ' ' y  y x y z t ( , , , ) ' ' ' ' z  z x y z t t tx , y , z ,t

14.1力学相对性原理伽利略坐标变换式 一、力学相对性原理 在彼此作匀速直线运动的所有惯性系中， 物体运动所遵循的力学规律是完全相同的，应 具有相同的数学表达式。 对于描述力学现象而言，所有惯性系都是 等价的

一、力学相对性原理 在彼此作匀速直线运动的所有惯性系中， 物体运动所遵循的力学规律是完全相同的，应 具有相同的数学表达式。 对于描述力学现象而言，所有惯性系都是 等价的

二、绝对时空观 绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝 着，而且由于其本性，在均匀地与任何其它外 界事物无关地流逝着。 绝对空间就其本质而言，是与任何外界事 物无关，而且永远是相同的和不动的。 以上是牛顿对时间和空间的描述，即经典 力学的时空观，也称绝对时空观

二、绝对时空观 绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝 着，而且由于其本性，在均匀地与任何其它外 界事物无关地流逝着。 以上是牛顿对时间和空间的描述，即经典 力学的时空观，也称绝对时空观。 绝对空间就其本质而言，是与任何外界事 物无关，而且永远是相同的和不动的

三、伽利略坐标变换式 伽利略坐标变换式反映了在不同时空坐标 中，描述物体运动状态的物理量之间的关系。 设两个惯性系S和 S',它们的坐标轴平行 S 且x轴与x'轴重合。设 u P(x,y,2) S系沿x轴方向以恒定 (x',y',z) 速度ò相对S系运动，并 X x 且在坐标原点O与O 重合时，t=t=0

三、伽利略坐标变换式 伽利略坐标变换式反映了在不同时空坐标 中，描述物体运动状态的物理量之间的关系。 设两个惯性系 S和 , 它们的坐标轴平行 且x 轴与x ´轴重合。设 系沿x 轴方向以恒定 速度 相对S系运动, 并 且在坐标原点 O 与 O´ 重合时, t = t ´ = 0。 v  S S u x x  y y  z z  O O  P(x, y,z) (x  , y  ,z ) S S