西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三篇 相对论和时空 第六章 狭义相对论 第一节 力学相对性原理、伽利略变换 第二节 狭义相对论的基本原理、洛仑兹变换 第三节 狭义相对论时空观

大学物理 第三篇相对论和时空 结构框图 力学相对性原理 伽利略 绝对时空观 变换 推广 狭义相对论时空观比 狭义相对性原理 洛仑兹 较 推广 变换一相对论动力学基础 实验检验 广义相对性原理 广 义相对论时空观 狭义相对论:8学时 第2页共49页

大学物理 第2页 共49页 结构框图 比 较 广义相对论时空观 实验检验 伽利略 变换 洛仑兹 变换 绝对时空观 狭义相对论时空观 相对论动力学基础 力学相对性原理 狭义相对性原理 推广 广义相对性原理 推广 狭义相对论 ：8学时

大学物理 前言:相对论产生的历史背景和物理基础 经典物理:伽利略时期—19世纪末 经过300年发展,达到全盛的“黄金时代” 形成三大理论体系 机械运动:以牛顿定律和万有引力定律为基础的经典 力学 电磁运动:以麦克斯韦方程为基础的电动力学 热运动:以热力学三定律为基础的宏观理论,以分子 运动、统计物理描述的微观理论 第3页共49页

大学物理 第3页 共49页 ：相对论产生的历史背景和物理基础 经典物理：伽利略时期 —— 19世纪末 经过300年发展，达到全盛的“黄金时代” 形成三大理论体系 机械运动：以牛顿定律和万有引力定律为基础的经典 力学 电磁运动: 以麦克斯韦方程为基础的电动力学 热运动: 以热力学三定律为基础的宏观理论，以分子 运动、统计物理描述的微观理论

大学物理 物理学家感到自豪而满足,两个事例: 在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要 做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据的 小数点后面添加几位有效数字而已 开尔芬(1899年除夕) 理论物理实际上已经完成了,所有的微分方程都已 经解出,青年人不值得选择一种将来不会有任何发展 的事去做。 约利致普朗克的信 第4页共49页

大学物理 第4页 共49页 在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要 做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据的 小数点后面添加几位有效数字而已。 —开尔芬(1899年除夕) 理论物理实际上已经完成了，所有的微分方程都已 经解出，青年人不值得选择一种将来不会有任何发展 的事去做。 ——约利致普朗克的信 物理学家感到自豪而满足，两个事例：

大学物理 两朵乌云: 迈克尔孙一莫雷实验的“零结果” 黑体辐射的“紫外灾难” 大发现: 电子:1894年,英国,汤姆孙 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理学奖 X射线:1895年,德国,伦琴 1901年获第一个诺贝尔物理学奖 放射性:1896年,法国,贝克勒尔发现铀; 居里夫妇发现钋和镭,共同获得1903年诺贝尔 物理学奖 物理学还存在许多未知领域,有广阔的发展前景。 第5页共49页

大学物理 第5页 共49页 两朵乌云： 迈克尔孙 — 莫雷实验的“零结果” 黑体辐射的“紫外灾难” 三大发现： 电子： 1894年，英国，汤姆孙 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理学奖 X射线：1895年，德国，伦琴 1901年获第一个诺贝尔物理学奖 放射性：1896年，法国，贝克勒尔发现铀； 居里夫妇发现钋和镭，共同获得1903年诺贝尔 物理学奖 物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景

大学物理 两朵乌云—暴风骤雨20世纪初物理学危机 物理学正在临产中,它孕育着的新理论将要诞生了。 列宁 新理论:相对论、量子力学, 深刻影响现代科技和人类生活 相对论的思想基础:对称性观念 物理规律不因人(参考系)而异,参考系变换应 该是物理定律的对称操作。 切惯性系对物理定律等价——狭义相对论 惯性系和非惯性系对物理定律等价—一广义相对论 第6页共49页

大学物理 第6页 共49页 两朵乌云——暴风骤雨——20世纪初物理学危机 物理学正在临产中，它孕育着的新理论将要诞生了。 —— 列宁 新理论：相对论、量子力学， 深刻影响现代科技和人类生活 相对论的思想基础：对称性观念 物理规律不因人（参考系）而异，参考系变换应 该是物理定律的对称操作。 一切惯性系对物理定律等价 —— 惯性系和非惯性系对物理定律等价 ——

大学物理 力学相对性原理 狭义相对性原理对称性扩展 广义相对性原理 相对论并不神秘——摆脱日常生活经验的束缚 自觉地进行理性思维训练。 重点:相对论基本原理; 洛仑兹变换; 时空观、物质观的深化。 第7页共49页

大学物理 第7页 共49页 相对论并不神秘 —— 摆脱日常生活经验的束缚， 自觉地进行理性思维训练。 对称性扩展 力学相对性原理 狭义相对性原理 广义相对性原理 : 相对论基本原理； 洛仑兹变换； 时空观、物质观的深化

大学物理 第六章狭义相对论 第一节力学相对性原理伽利略变换 力学相对性原理 力学定律在一切惯性系中数学形式不变。 理解 体现对称性思想—对于描述力学规律而言, 切惯性系彼此等价。 >在一个惯性系中所做的任何力学实验,都不 能判断该惯性系相对于其他惯性系的运动。 第8页共49页

大学物理 第8页 共49页 力学定律在一切惯性系中数学形式不变。 理解  体现对称性思想 —— 对于描述力学规律而言， 一切惯性系彼此等价。  在一个惯性系中所做的任何力学实验，都不 能判断该惯性系相对于其他惯性系的运动。 第六章 狭义相对论

大学物理 伽利略对匀速直线运动船舱内现象生动描述 c (b) 变换 一个参考系的描述 另一参考系的描述 或操作 第9页共49页

大学物理 第9页 共49页 伽利略对匀速直线运动船舱内现象生动描述 一个参考系的描述 另一参考系的描述 变换 或操作

大学物理 二、伽利略变换 s系和S系坐标轴相互平行, S系相对于S系沿+x方向以速率u运动, 当O和O′重合时,令t=t=0 S系S系 X 第10页共49页

大学物理 第10页 共49页 S系 和 S 系 坐标轴相互平行, S系 相对于 S系 沿 +x 方向以速率 u 运动， 当 O 和 O 重合时，令 t  t  0 x x  y y  z z  o o  S系 S 系 u 