三峡大学理学院：《大学物理》PT电子教案_第三章 相对论（张甫宽）

三 对这

引言 19世纪來,以牛顿力学(经典力学)、麦克斯韦电磁 场理论(经典电动力学)为代表的经典物理学发長到了相 当完暮的程度,在尖际应用中取得了空前的成功。 1900年著名的英国物理学家开尔文,这样展望着二十 世纪的物理学:“在已经基本建成的科学大厦中,后辈物 理学家只要做些零碎的修补工作罢了”。然而,他还是说 出了他的担心“但是,在物理学晴朗天空的远处,还有两 朵小小的令人不安的乌云”。 黑体辐射 迈克尔逊 实验 莫雷实验 建立了量子力学 建立了相对论 以相对论、量子力学为基础发展 起来的物理学,称为近代物理学

引言 19世纪末，以牛顿力学（经典力学）、麦克斯韦电磁 场理论（经典电动力学）为代表的经典物理学发展到了相 当完善的程度，在实际应用中取得了空前的成功。 1900年著名的英国物理学家开尔文，这样展望着二十 世纪的物理学： “在已经基本建成的科学大厦中，后辈物 理学家只要做些零碎的修补工作罢了” 。然而，他还是说 出了他的担心“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两 朵小小的令人不安的乌云 ” 。 迈克尔逊- 莫雷实验 黑体辐射 实验 建立了相对论 建立了量子力学 以相对论、量子力学为基础发展 起来的物理学，称为近代物理学

力学相对性原(第二章第二节的内容) 1、伽利略变换 设S与S’是两个相互作匀速直线运动的惯性系 l平行于k轴,且t0=t=0时,O与O重合 S系中:P(x,y,z,1),S系中:P(x’,y’,z,t) 坐标变换: S系S系 x'sx=ut x=x tut y = y y=y 或 Z=Z X(X

一 、力学相对性原理（第二章第二节的内容） S系中：P(x, y,z,t)，S系中：P（x  , y  ,z  ,t) 设S与S’是两个相互作匀速直线运动的惯性系。 u 平行于X轴，且t0  t0   0时，O与O重合。  P x o y z S系 o’ y’ z’ (x’) u  S’系 1、伽利略变换 坐标变换 ： t t z z y y x x ut          ' ' ' ' t t z z y y x x ut       或

du U=0-u a=a 速度变换=U dt 加速度变换 U2=U2 a =a 在所有惯性系中, d u=0 (= dt 加速度是不变量

速度变换 z z y y x x u              z z y y x x a a a a dt du a a        加速度变换 在所有惯性系中，  0 dt du a a     加速度是不变量

2、经典力学时空观 (1)空间任意两点之间的距离对于任何的惯性系而言 都是相等的,与惯性系的选择或观察者的相对运动无关 即:长度是“绝对的”,或称之为“绝对空间”。 (2)时间也与惯性系的选择或观察者的相对运动无关 绝对空间”、“绝对财间”和“绝对质量” 这三个概念的总和构成了经典力学的所谓“绝对时 空观”:空间、肘间和物质的质量与物质的运动无 关而独立存在,空间永远是静止的、同一的,附间 永远是均匀地流逝看的

2、经典力学时空观 （1）空间任意两点之间的距离对于任何的惯性系而言 都是相等的，与惯性系的选择或观察者的相对运动无关。 即：长度是“绝对的” ，或称之为“绝对空间” 。 （2）时间也与惯性系的选择或观察者的相对运动无关 “绝对空间” 、 “绝对时间”和“绝对质量” 这三个概念的总和构成了经典力学的所谓“绝对时 空观” ： 空间、时间和物质的质量与物质的运动无 关而独立存在，空间永远是静止的、同一的，时间 永远是均匀地流逝着的

3、力学的相对性原理 在S系中:F=ma 在S系中:F'=md 力学的相对性原理: 力学规律对一切惯性系都是等价的 在任何一个惯性系中牛顿定律都有完全相同的形式 又称:伽利略相对性原理 或经典相对性原理

3、力学的相对性原理 在S系中： F ma    在S´系中： ' ' F ma    在任何一个惯性系中牛顿定律都有完全相同的形式 又称：伽利略相对性原理 或经典相对性原理 力学规律对一切惯性系都是等价的 力学的相对性原理：

近代物理学发展表明:经典的、与物 质运动无关的绝对时空观是错误的,并揭 示出时间、空间与物质运动密切相关的相 对性时空观;而力学相对性原理则得到改 造发展为物理学中更为普遍的相对性原理

近代物理学发展表明：经典的、与物 质运动无关的绝对时空观是错误的，并揭 示出时间、空间与物质运动密切相关的相 对性时空观；而力学相对性原理则得到改 造发展为物理学中更为普遍的相对性原理

二、狭义相对论的基原理(假设) 1、相对性原理 物理定律在所有的惯性系中都是相同的。即 物理定律与惯性系的选择无关,所有的惯性系都 是等价的。 2、光速不变原理 在所有惯性系中,光在真空中的传播速率均 为c,与光源是否运动无关。 c=2.99792458×108m/s

二、狭义相对论的基本原理（假设） 1、相对性原理 物理定律在所有的惯性系中都是相同的。即 物理定律与惯性系的选择无关，所有的惯性系都 是等价的。 2、光速不变原理 在所有惯性系中，光在真空中的传播速率均 为c，与光源是否运动无关。 c = 2.9979245810 8 m/s

三、洛念兹变换 1、坐标变换 设S与S’是两个相互作匀速直线运动的惯性系 l平行于x轴,且b0=l=O时,O与O重合 S系中:P(x,y,x,1),S系中:P(x,y,z,t) x'=r(x-ut) S系S系 y=y y( X(X 式中:B=-,y=

三、洛仑兹变换 1、坐标变换 S系中：P(x, y,z,t)，S系中：P（x  ，y  ,z  ，t) P x o y z S系 o’ y’ z’ (x’) u  S’系 设S与S’是两个相互作匀速直线运动的惯性系。 u 平行于X轴，且t0  t0   0时，O与O重合。                ( ) ( ) 2 x c u t t z z y y x x ut   2 1 1 ,       c u 式中：

逆变换(S→S系): x=y(x'+ut) y=y 时空坐标位置对调, 负号变正号。 时间与空间间隔的变换: r( △x=y(△x-a△t) S系S系 △t=y(△ △x △x=y(△x2+u△t) 或 X(X △t=y(△+=2△x)

P x o y z S系 o’ y’ z’ (x’) u  S’系 逆变换（S’→S系）：                 ( ) ( ) 2 x c u t t z z y y x x ut   时空坐标位置对调， 负号变正号。 时间与空间间隔的变换：                  ( ) ( ) 2 x c u t t x x u t                      ( ) ( ) 2 x c u t t x x u t   或