吴百诗《大学物理基础》电子教案ch14.ppt

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1、第14章狭义相对论力学基础爱因斯坦(Einstein)本章内容14.1经典力学的相对性原理伽利略变换14.2狭义相对论的两个基本假设14.3狭义相对论的时空观14.4洛伦兹变换14.5狭义相对论质点动力学简介爱因斯坦20世纪最伟大的物理学家，1879年3月14日出生于德国乌尔姆，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。这一年的3月到9月半年中，利用业余时间发表了6篇论文，在物理学3个领域作出了具有划时代意义的贡献—创建了光量子理论、狭义相对论和分子运动论。爱

2、因斯坦在1915年到1917年的3年中，还在3个不同领域做出了历史性的杰出贡献—建成了广义相对论、辐射量子理论和现代科学的宇宙论。爱因斯坦获得1921年的诺贝尔物理学奖牛顿力学麦克斯韦电磁场理论热力学与经典统计理论两朵小乌云迈克耳逊——莫雷“以太漂移”实验黑体辐射实验强调近代物理不是对经典理论的简单否定。近代物理不是对经典理论的补充，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。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。绝对时间绝对空间绝对的、数学的、与物

3、质的存在和运动无关在所有惯性系中，物体运动所遵循的力学规律是相同的，具有相同的数学表达形式。或者说，对于描述力学现象的规律而言，所有惯性系是等价的。§14.1经典力学的相对性原理伽利略变换一.绝对时空观二.经典力学的相对性原理经典力学相对性原理与绝对时空观密切相关三.伽利略变换正变换逆变换伽利略变换式在两个惯性系中分析描述同一物理事件在t＝0时刻，物体在O点,S,S'系重合。t时刻，物体到达P点P(x,y,z;t)(x',y',z';t')yOzSx(x')O'z'y'S'u是恒量速度变换和加速度变换式为请大

4、家自己写出速度、加速度的逆变换式由定义并注意到写成分量式在牛顿力学中四.牛顿运动定律具有伽利略变换的不变性质量与运动无关力与参考系无关迈克耳逊-莫雷实验对(1)光线：OM1O§14.2狭义相对论的两个基本假设一.伽利略变换的困难Maxwell电磁场方程组不服从伽利略变换迈克耳逊-莫雷实验的零结果以太风(1)(2)对(2)光线：OM2O由l1=l2=l和v<

5、n首次提出了狭义相对论的两个假设1.光速不变原理在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值包括两个意思：光速不随观察者的运动而变化光速不随光源的运动而变化所有惯性系都完全处于平等地位，没有任何理由选某一个参考系，把它置于特殊的地位。二.狭义相对论的两个基本假设2.相对性原理一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式在牛顿力学中，与参考系无关在狭义相对论力学中，与参考系有关(1)Einstein相对性原理是Newton力学相对性原理的发展讨论(2)光速不变原理与伽利略的速度合成定理针锋相对(3)时间和长度

6、等的测量SS'ccM'A'B'§14.3狭义相对论的时空观以一个假想火车为例一.同时性的相对性假想火车地面参考系A'、B'处分别放置一光信号接收器中点M'处放置一光信号发生器t=t'=0时,M'发出一光信号A'、B'同时接收到光信号1、2两事件同时发生事件1：A'接收到光信号事件2：B'接收到光信号(车上放置一套装置)S'S'ccccSSAMBM闪光发生在M处光速仍为c而这时，A'、B'处的接收器随S'运动。A'比B'早接收到光信号1事件先于2事件发生事件1发生事件2发生S'ccSMA(2)同时性的相对性是光

7、速不变原理的直接结果。(1)同时性是相对的。沿两个惯性系相对运动方向上发生的两个事件，在其中一个惯性系中表现为同时的，在另一个惯性系中观察，则总是在前一个惯性系运动的后方的那一事件先发生。结论讨论(3)同时性的相对性否定了各个惯性系具有统一时间的可能性，否定了牛顿的绝对时空观。二.时间延缓研究的问题是O'处的闪光光源发出一光信号事件1事件2O'处的接收器接收到该光信号在S、S'系中，两事件发生的时间间隔之间的关系在S'系的O'处放置一闪光光源和一信号接收器，在竖直方向距离O'点h'的位置处放置一平面反射镜M'

8、S'O'M'SO即原时:在某惯性系中，同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔(原时)?设t=t'=0时刻，O'处的闪光光源发出一光信号S'O'M'S'O'M'S'O'M'OSSOS'O'M'讨论(2)时间延缓效应在S'系中测得发生在同一地点的两个事件之间的时间间隔t'，在S系中观测者看来，这两个事件为异地事件，其之间的时间间隔t总是比t'要大。(1)当v<