【物理学导论-力学】第6章狭义相对论基础（第1第2节）

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1、爱因斯坦:Einstein现代时空的创始人二十世纪的哥白尼11905爱因斯坦奇迹年3月提出光量子假说4月关于分子大小的测量5月关于布朗运动6月《论动体的电动力学》9月《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》导致E=mc222005“奇迹年”100周年爱因斯坦逝世50周年世界物理年3第6章狭义相对论基础§1牛顿相对性原理和伽利略变换§2爱因斯坦相对性原理和光速不变§3时间延缓和长度收缩§4相对论质量和能量§5*广义相对论简介4主要内容：牛顿的时空观爱因斯坦的时空观爱因斯坦的狭义相对论牛顿的相对性原理伽利略变换相对性原理、光速不变原理革命性的洛伦兹变换运动学效应时间膨

2、胀长度收缩本章：将对运动与时空有一崭新的认识5对相对性已有的认识：运动描述与参考系有关,运动规律与参考系无关。对牛顿力学的认识,牛顿定律：适用于惯性系以上两点说明：牛顿定律有局限性局限来源于对时空的认识6相对性问题的核心是：物理规律是客观存在的与参考系无关即参考系平权没有特殊的参考系归根结底是：认识论方法论的问题教育人们要脱离自我客观地看问题7A君以我为标准：A君说：头朝上B君也说：头朝上B君问题是：A君看B君，大头朝下！如：什么是上？下？科学的语言必须准确！必须用规律来表述万有引力定律：下：指向地心教育人们超越自我8从哥白尼到爱因斯坦---参考系的

3、选择从哥白尼的日心说到爱因斯坦的广义相对论的过程是人们逐步摆脱以我为核心的过程没有特殊参考系的观点就是以客观规律为准的观点没有特殊参考系就是各参考系平权平权就是各向同性就是对称性纪念哥白尼诞辰500周年学术会的标题9学习本章的正确态度1)超越自我认识的局限2)自觉摆脱经验的束缚--以事实为依据牛顿的相对性原理狭义相对性原理广义相对性原理适用范围惯性系宏观低速惯性系所有参考系逐渐深化的过程10明确本章研究的问题:在两个惯性系中考察同一物理事件通常：实验室参考系定为S系运动参考系定为S'系注意不要和运动叠加原理的内容相混淆运动叠加问题只涉及同一个参考系11相对论问

4、题包括两个方面：1.物理规律与参考系无关－－相对性原理2.在两个参考系中对同一事件的描述形式不同之间存在一个变换关系－－－变换式变换式与相应的相对性原理相对应牛顿力学的相对性原理对应伽利略变换狭义相对性原理对应洛仑兹变换在基本观点明确的前提下重要的是变换式12§1牛顿的相对性原理和伽利略变换在两个惯性系中考察同一物理事件一.伽利略变换设惯性系S和相对S运动的惯性系St时刻物体到达P点13正变换逆变换14速度变换与加速度变换正逆正变换用S系的时间求导牛顿时空：时间量度与参考系无关即15速度变换正逆加速度变换惯性系16在两个惯性系中二.牛顿的相对性原理在牛顿力

5、学中力与参考系无关质量与运动无关17宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同或牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变或牛顿力学规律是伽利略不变式如：动量守恒定律（以两质点碰撞为例）利用伽利略变换牛顿的相对性原理动量守恒定律在伽利略变换下形式不变18§2爱因斯坦相对论原理和光速不变一.伽利略变换的困难1)电磁场方程组不服从伽利略变换2)高速运动的粒子3)光速C迈克耳逊-莫雷的0结果19二.爱因斯坦的狭义相对论基本假设1.一切物理规律在任何惯性系中形式相同---相对性原理2.光在真空中的速度与发射体的运动状态无关----光速不变原理1）Einstein的相对性理论

6、是Newton理论的发展讨论一切物理规律力学规律大小202）光速不变与伽利略变换与伽利略的速度相加原理针锋相对3）观念上的变革牛顿力学时间长度质量速度与参考系有关(相对性)狭义相对论力学光速与参考系无关(相对性)长度时间质量速度与参考系有关212.同步钟synchronizedclocks物理过程的时间间隔？在确定的参考系中存在一系列的同步钟三.同时性的相对性1.事件时空坐标事件：研究的物理现象时空坐标：确定事件位置的坐标空间时间t是坐标x,y,z处的时钟测出的当地钟测当地时时空坐标223.同时性的相对性---光速不变原理的直接结果以爱因斯坦火车为例Einst

7、eintrain说明同步钟23Einsteintrain地面参考系在火车上分别放置信号接收器中点放置光信号发生器实验装置24研究的问题两事件发生的时间间隔某时M'发一光信号事件1接收到闪光事件2接收到闪光M'发出的闪光光速为A'B'同时接收到光信号？？事件1、事件2同时发生25事件1、事件2不同时发生事件1先发生处闪光光速也为S系中的观察者又如何看呢？1）同时性的相对性是光速不变原理的直接结果2）相对效应A'B'随S'运动A'迎着光，比B'早接收到光讨论26事件1、事件2不同时发生事件2先发生3）当速度远远小于c时，两个惯性系得到相同结果相对效应如果装置固定在

8、S系中事件1A接收到信号事件2B接收到