广东海洋大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）lesson11 狭义相对论的基本概念

一海大理学院表号裸件 大学物理学电子教案 狭义相对论的基本概念 18-1伽俐略变换式牛顿的绝对时空 18-2迈克尔逊一莫雷实验 18-3狭义相对论的基本原理

18-1 伽俐略变换式 牛顿的绝对时空观 18-2 迈克尔逊－莫雷实验 18-3 狭义相对论的基本原理 大学物理学电子教案 海大理学院教学课件 狭义相对论的基本概念

引言 力学 经典物理 热学 电磁学 经典物理学的辉煌成就 光学 经典力学 物理学 、 热力学与统计力学 相对论 光学 现代物理 量子论 •电动力学 非线性 从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实 ·迈克尔逊 —莫雷实验：否定了绝对参考系的存在； ·经典物理学解释热辐射现象时：出现“紫外灾难”； ·放射性现象的发现：原子是可分的。 ·光电效应 原子的线状光谱

引言 经典物理学的辉煌成就 •经典力学 •热力学与统计力学 •光学 •电动力学 物理学 经典物理 现代物理 力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子论 非线性 从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实 • 迈克尔逊——莫雷实验：否定了绝对参考系的存在； • 经典物理学解释热辐射现象时：出现“紫外灾难” ； • 放射性现象的发现：原子是可分的。 • 光电效应 • 原子的线状光谱

第十八章 相对论 狭义相对论的基本原理 ◆狭义相对论(Special Relativity) 研究：惯性系中物理规律及其变换 狭义相对论的一些结论 揭示：时间、空间和运动的关系 广义相对论简介 ◆广义相对论(General Relativity) 研究：非惯性系中物理规律及其变换 揭示：时间、空间和物质分布的关系

•狭义相对论的基本原理 •狭义相对论的一些结论 •广义相对论简介 第十八章 相对论  狭义相对论(Special Relativity) 研究 : 惯性系中物理规律及其变换 揭示 : 时间、空间和运动的关系  广义相对论(General Relativity) 研究:非惯性系中物理规律及其变换 揭示 : 时间、空间和物质分布的关系

爱因斯坦(Albert Einstein,1879一1955) 1905年创建的狭义相对论 1916年创建的广义相对论 1921年获诺贝尔物理学奖金 •1906年用量子理论说明了固体热容 与温度的关系 •1912年用光量子概念建立了光化学 定律 1916年提出自激发射和受激发射的 20世纪最伟大的物理学 概念，为激光的出现奠定了理论基 改革家，相对论的创始 础 人，主要科学业绩： 1924年提出了量子统计方法-玻色 •早期对布朗运动的研究 爱因斯坦统计法。爱因斯坦用广义 •狭义相对论的创建 相对论研究整个宇宙的时空结构 •推动量子力学的发展 建立了广义相对论 爱因斯坦：Einstein:现代时空 的创始人，二十世纪的哥白尼

爱因斯坦 ( Albert Einstein, 1879—1955 ) 20世纪最伟大的物理学 改革家，相对论的创始 人，主要科学业绩： •早期对布朗运动的研究 •狭义相对论的创建 •推动量子力学的发展 •建立了广义相对论 •1905年创建的狭义相对论 •1916年创建的广义相对论 •1921年获诺贝尔物理学奖金 •1906年用量子理论说明了固体热容 与温度的关系 •1912年用光量子概念建立了光化学 定律 •1916年提出自激发射和受激发射的 概念，为激光的出现奠定了理论基 础 •1924年提出了量子统计方法--玻色- 爱因斯坦统计法。爱因斯坦用广义 相对论研究整个宇宙的时空结构 爱因斯坦: Einstein现代时空 的创始人，二十世纪的哥白尼

1895年(16岁)：追光假想实验（如果我以速 度c追随一条光线运动，那么我就应当看到 这样一条光线就好象在空间里振荡着而停 滞不前的电磁场。可是无论是依据经验， 还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这 样的事情。从一开始，在我直觉地看来 很清楚，从这样一个观察者来判断，一切 都应当象一个相对于地球是静止的观察者 所看到的那样按照同样一些定律进行。) 1999年：英国>杂志推出的千年刊评选有史以来 最杰出的十位物理学家： 1.爱因斯坦（美籍德国人，1921），2.牛顿（英国），3.麦克斯 韦（英国），4.玻尔（丹麦，1922），5.海森伯（德国，1932）， 6.伽利略（意大利），7.费因曼（美国，1965），8.狄拉克（英 国，1933)，9.薛定谔（奥地利，1933），10.卢瑟福（新西兰）

1895年(16岁)：追光假想实验(如果我以速 度c追随一条光线运动，那么我就应当看到， 这样一条光线就好象在空间里振荡着而停 滞不前的电磁场。可是无论是依据经验， 还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这 样的事情。从一开始，在我直觉地看来就 很清楚，从这样一个观察者来判断，一切 都应当象一个相对于地球是静止的观察者 所看到的那样按照同样一些定律进行。) 1999年：英国>杂志推出的千年刊评选有史以来 最杰出的十位物理学家： 1.爱因斯坦(美籍德国人，1921*)，2.牛顿(英国)，3.麦克斯 韦(英国), 4. 玻尔(丹麦，1922)， 5.海森伯(德国，1932)， 6.伽利略(意大利)，7.费因曼(美国，1965), 8.狄拉克(英 国，1933)，9.薛定谔(奥地利，1933), 10.卢瑟福(新西兰)

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18-1伽俐略变换式牛顿的绝对时空观 伽利略变换 S 坐标变换 x'=x-vt x=x'+vt y'=y y=y' 速度变换 a'=z a=z' v. '=.一V t'=t t=t' 二vy v/=V2 加速度变换 ay 二y 伽利略时空变换式 a,"=a

一、伽利略变换 y O x P S v O’ y’ S’ x’ 坐标变换        = = = = +        = = = = − t t' z z' y y' x x' vt t' t z' z y' y x' x vt      = = = +      = = = − v v ' v v ' v v ' v v ' v v ' v v ' v v z z y y x x z z y y x x      = = = z z y y x x a ' a a ' a a ' a 速度变换 加速度变换 伽利略时空变换式 18－1 伽俐略变换式 牛顿的绝对时空观

经典力学的相对性原理 S F m a S'F m'a F=ma m'm '=a F'=m'' 结论：牛顿运动定律对任何惯性系都是成立的。 推广：对于所有的惯性系，牛顿力学的规律都应 有相同的形试—力学相对性原理。 •所有的惯性系都是相同的，各个惯性系都是等价的，不 存在特殊的绝对的惯性系

二、经典力学的相对性原理 a a   m = m  = F ma   = F m a    =   结论：牛顿运动定律对任何惯性系都是成立的。 推广：对于所有的惯性系，牛顿力学的规律都应 有相同的形式——力学相对性原理。 •所有的惯性系都是相同的，各个惯性系都是等价的，不 存在特殊的绝对的惯性系。 S F  m a  F  S m a 