安徽科技学院：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）力学——第六章 狭义相对论基础（Special Relativity）

第六章 狭义相对论基础 (Special Relativity) Albert Einstein (1879-1955)

Albert Einstein (1879-1955) 第六章 狭义相对论基础 (Special Relativity)

科学业绩： 1、提出光的量子论 2、创建狭义相对论 3、创建广义相对论 1921年获诺贝尔物理学奖 虽镜理

科学业绩： 1、提出光的量子论 2、创建狭义相对论 3、创建广义相对论 1921年获诺贝尔物理学奖

本章：/伽利略相对性原理 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 相对论时空观 相对论速度变换 相对论动力学

本章： 伽利略相对性原理 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 相对论时空观 相对论速度变换 相对论动力学

§6.I伽利略相对性原理(Galilean Relativity) l.伽利略变换(Galilean transformation) 设：o系相对O系 以)运动 x.x 时间零点为0 与O重合时

§6.1伽利略相对性原理(Galilean Relativity) 1.伽利略变换(Galilean transformation) 设： 系相对 系 以 运动． 时间零点为 与 重合时． o  o v  o  o P x, x  o y y  v  o  z z 

侧对于任一事件(event).P,有 == x-ut y 伽利略坐标变换 Note: 该变换意味着时间独立于空间，且时 间间隔及长度的测量结果与坐标系无 关 经典力学的时空观

则对于任一事件(event)P ，有 x  = x −ut y  = y z  = z t = t ——伽利略坐标变换 该变换意味着时间独立于空间,且时 间间隔及长度的测量结果与坐标系无 关. ——经典力学的时空观 Note:

2.伽利略相对性原理 力学规律在所有惯性系中都有相同的 形式 e.g. 设0系中 F=ma 牛顿力学： F-F (力与参考系无关) m'm (质量与运动无关) 伽利略变换→ a'-a 于是在0'系中：F'=m'a

2.伽利略相对性原理 ——力学规律在所有惯性系中都有相同的 形式 牛顿力学： F F    = (力与参考系无关) m  = m (质量与运动无关) e.g. 设O系中 F ma   = 于是在O系中： F = m  a    伽利略变换→ a a    =

Note: 另一种表述：牛顿力学规律在伽利 略变换下保持不变. 3.十九世纪末的困惑 (1)电磁场方程组不具有伽利略变换下的不 变性.（服从Lorentz?变换） (2)光速不服从伽利略速度变换 (Michelson-Morley实验)

另一种表述：牛顿力学规律在伽利 略变换下保持不变． Note: ⑵光速不服从伽利略速度变换. (Michelson-Morley实验) 3.十九世纪末的困惑 ⑴电磁场方程组不具有伽利略变换下的不 变性. (服从Lorentz变换)

S6.2狭义相对论基本原理(Fundamentals of Special Relativity) In1905,Einstein:《论动体的电动力学》 (1)物理规律对所有惯性系都是一样的，不存在 任何一个特殊的（例如“绝对静止”的）惯性 系. 相对性原理 (2)在任何惯性系中，光在真空中的速率都相等 光速不变原理 → 新的时空变换式

§6.2 狭义相对论基本原理(Fundamentals of Special Relativity) In 1905, Einstein:《论动体的电动力学》 ⑴物理规律对所有惯性系都是一样的,不存在 任何一个特殊的(例如“绝对静止”的)惯性 系. ——相对性原理 ⑵在任何惯性系中,光在真空中的速率都相等. ——光速不变原理 新的时空变换式

§6.3洛仑兹变换(Lorentz Transformation) 对任一事件P,有 x-ut P 1-B 正变换 z Z 1-B 其中，c为真空中光速，B=u/c

§6.3 洛仑兹变换(Lorentz Transformation) P x, x  o y y  u  o  z z  对任一事件P,有 2 1−  −  = x ut x y  = y z  = z 2 2 1−  −  = x c u t t 正 变 换 其中，c为真空中光速，=u/c

x'+t' 1-B2 逆变换 y B Notes: u〉-u, 则正逆互换. ② 限制u<c ③ u<C时，退化为伽利略变换

2 1−   +  = x ut x y = y  z = z  2 2 1−   +  = x c u t t 逆 变 换 ① u→ -u，则正逆互换． ② 限制u<c Notes: ③ u<<c时，退化为伽利略变换．