《电动力学》课程教学课件（PPT讲稿）6-1 历史背景及重要实验基础

WorldYearof Physics20052005Einstein in the 21st Century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，让世界拥艳物理Helpmake2005anotherMiraculousYear!idewiththe2005CCeebrabiondVorldYePH

1 - 1 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 CongressWernerHeisenbergof1927Louis de BroglieErwin SchrodingerH.A.LorentzMax BornMaxPlanckEinsteinNielsBohr

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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年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学。1905年，爱因斯坦在一建立了狭义科学史上创造了史无前例的奇迹相对论，推动了整个物理学理论的革命。1955年4月19日在美国逝世。1-3

1-3 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

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。1-4

1-4 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。 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。*1-5

1-5 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

历史背景及重要实验基础6.11-6

1-6 6.1 历史背景及重要实验基础

《引言》牛顿力学，19世纪后期，经典物理麦克斯韦电磁场理论学的三大理论体系使经典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”实验黑体辐射实验·近代物理学的两大狭义相对论支柱，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1-7

1-7 《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

一、伽利略变换在两个惯性系中分析描述同一物理事件（event)一在t =0 时刻，物体在0 点,系重合M,在t = t 时刻,物体运动到P点Y'Yr(x,y,z,t)ZZ:7(x, y, z)N'vr'(x',y',z,t)2':op公x'= x-vt正变换y'z't10'0X (X)一ZZZ'11-8

1-8 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     Z

关于长度和时间的测量运动长度的测量：在同一时间去测量物体的两端YYZ1Mt,=t,X'X0(xj ti)(x2 t2)[ = X2- X1△r = /(x2 -x) +(y2 - y)? +(z2 -z)2: x2 -x =(x2 -vt) -(Xi -vt) = x2 -xi.Ar'= /(x -x)? +(y -y)? +(z - z)= Nr1-9

1-9 关于长度和时间的测量 • 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

伽利略坐标变换式x=x'+t逆变换伽利略速度变换式Lz=zu=ux-v,u,=uy,u,=ut=t'伽利略加速度变换式dua, =ay, a', =aTax?aYdt·时间是绝对的牛顿定律不变性At' = AtF'=ma'=ma=F空间是绝对的Ax'= Ax结论：在一切惯性系中，经典力学·时空相互分离绝对时空观中的时空是绝对的1-10

1-10 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