[理学]西工大大物课件第4单元

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1、瑞利-金斯线维恩线普朗克线热辐射的“紫外灾难”迈克尔逊—莫雷实验爱因斯坦（A.Einstein,1879-1955）是20世纪最伟大的物理学家之一，生于德国，1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学。爱因斯坦1905年在物理学三个不同领域：光量子理论，狭义相对论，分子运动论取得了历史性的成就。第4章狭义相对论基础广义—推广到一般参照系包括引力场在内的理论1915年狭义—局限在惯性参照系的理论1905年相对论关于物质运动和时间、空间的理论。浙江秦山核电站§4.1伽利略相对性原理和伽利略变换主要内容：1.伽

2、利略相对性原理2.伽利略变换3.经典力学的绝对时空观4.经典力学的局限性4.1.1伽利略相对性原理惯性系:凡是牛顿运动定律适用的参考系。相对已知惯性系作匀速直线运动的参考系也都是惯性系。伽利略相对性原理(经典力学的相对性原理)力学规律对于一切惯性系都是等价的。4.1.2伽利略变换物质的运动是绝对的,但对运动的的描述是相对的，观测者所选参考系不同时对运动的描述也不同。伽利略变换是伽利略相对性原理的数学表达式。1.伽利略坐标变换SS'yy'zz'xx'OO'utu设有两个惯性系S系和S系，各对应轴相互平

3、行，S系相对于S系以速度u沿x轴方向作匀速直线运动。当S系和S系的坐标原点O与O重合时，两个惯性系中的时钟开始计时(t=t=0)。SS'yy'zz'xx'OO'P(x,y,z)(x',y',z')xutx'u如果某时刻在空间某一点P发生了一个事件，S系和S系的观测者分别观测这一事件。S系中的时空坐标描述（x,y,z,t）。S系中的时空坐标描述（x,y,z,t）。事件:某一时刻发生在空间某一点上的一个事例。该事件在两个惯性系中时空坐标间的变换关系为（伽利略坐标变换）SS'yy'zz'

4、xx'OO'P(x,y,z)(x',y',z')xutx'u从S系到S系：(正变换)从S系到S系：(逆变换)2.伽利略速度变换和加速度变换矢量式矢量式对伽利略时空坐标变换式求导可得伽利略速度变换式对伽利略速度变换式求导可得伽利略加速度变换式3.牛顿定律具有伽利略变换不变性在牛顿力学中质量与运动无关力与参考系无关（S系）（S系）讨论2.在伽利略变换中t＝t意味着，不论在哪一个惯性系中，都有一个相同的绝对时间。这实际上是经典力学隐含的一个基本假定。3.由伽利略加速度变换式可知质点在两个惯性系中的加

5、速度相同，经典力学中质量m是恒量，牛顿定律对伽利略变换保持不变。同时由于力学各种守恒定律均为牛顿定律的推论，所以力学规律对伽利略变换是不变的，即力学规律对一切惯性系都是等价的。4.伽利略变换是力学相对性原理的数学表示。1.伽利略变换说明了同一事件在两个惯性系中时空坐标之间的关系。（时间间隔与惯性系的选择无关）1.时间间隔4.1.3经典力学的绝对时空观在伽利略变换中时空观:有关时间和空间的物理性质的认识。若有两事件先后发生，在两惯性系中的观测者测得的时间间隔相同如果在空间有任意两点，在S系和S系的坐标

6、分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)和(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)。在两惯性系中的观测者测得的空间间隔为：2.空间间隔（空间间隔与惯性系的选择无关）S系：S系：利用伽利略坐标变换3.经典力学的时空观时间、长度、质量是绝对的,同时性是绝对的；坐标、速度等是相对的。4.1.4经典力学的局限性由A点发出的光到达地球的时间是而点B发出的光到达地球的时间是1.超新星爆发疑问：据史书称，公元1054年5月，出现超新星爆发，前后历时22个月。蟹状星云与地球距离光年光速不服从经

7、典力学的速度变换定理爆发中抛射物的速度年光传到乙的时间：先出球，后击球----先后顺序颠倒击前瞬间击后瞬间2.投球疑难光速不服从经典力学的速度变换定理3.光速问题的历史旧时观点：光靠“以太”媒质传播，相对静止的“以太”，光的传播速度各向同性，恒为c以太系“以太”何物？光为横波横波在固体介质中传播波速u=要求G(刚性)很大，很小(很轻)问题来了迈克耳逊-莫雷实验以太系以太风1881年迈克耳逊第一次实验，预期引起干涉条纹数目:1887年迈克耳逊和莫雷改进实验，预期引起干涉条纹数目:红色激光造成的

8、迈克耳逊干涉环●真空中的光速在任何惯性系测量都是一样的，与观察者的运动无关。结果：这次失败实验的重大意义：●证明“以太风”不存在；§4.2狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换主要内容：1.狭义相对论的两个基本假设2.洛伦兹变换4.2.1狭义相对论的两个基本假设1.相对性原理2.光速不变原理物理定律在所有惯性系中都具有相同的形式。在所有惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c。说明相对性原理从力学规律推广到一切物理规律。光速不变原理否定了经典力学的速度变换