15-1 伽利略变换关系 牛顿力学相对性原理遇到的的困难

1、一.理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理， 以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式；二.理解狭义相对论中同时的相对性，以及长度收缩和时间延缓的概念； 了解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异；三.了解狭义相对论中质量、动量与速度的关系，以及质量与能量间的关系.第十五章 狭义相对论教学基本要求难点* 对狭义相对论的时空观的理解* 运用洛仑兹变换求解运动学问题学习方法摆脱日常生活经验的束缚从基本假设出发进行推理狭义相对论和量子力学是近代物理的两大支柱。 19世纪末，经典物理学完整的三大理论体系：1.经典力学 机械运动服从牛顿力学；2.电磁场理论 电磁场运动服从麦克斯韦经典电动力学；3.

2、经典统计理论 热运动服从热力学和经典统计物理。狭义相对论和量子理论由经典物理的两个危机孕育而生。1. 迈克尔逊莫雷实验，促使了相对论的诞生；2. 黑体辐射，导致了量子论的出现。狭义相对论是一门关于时间、空间与物质运动之间的关系的理论，用新的时空观取代了牛顿的绝对时空观。经典力学是相对论力学在 条件下的近似。爱因斯坦: Einstein现代时空观的创始人1905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 = mc2爱因斯坦的哲学观念：自然界应当是和谐而简单的。理论特色：出于简单而归于深奥。爱因斯

3、坦（Albert Einstein，18791955），20世纪最伟大的物理学家，先后于1905年和1915年创立了狭义相对论和广义相对论。他于1905年提出了光量子假设，为此于1921年获得诺贝尔物理学奖。他还在量子理论方面具有很多重要的贡献。 牛顿的相对性原理 狭义相对性原理 广义相对性原理惯性系 宏观低速惯性系所有参考系逐渐深化的过程人们对时、空的认识： 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 一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理*两个惯性系：一物理事件： 质点到达 P 点两个惯性系的描述分别为：我们把这两个描述之间的关系称为变

4、换。伽利略变换当 时与 重合位置坐标变换公式 经典力学认为：1）空间的量度是绝对的，与参考系无关；2）时间的量度也是绝对的，与参考系无关 .*加速度变换公式 在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿运动定律具有相同的形式.*伽利略速度变换公式对坐标变换式求导牛顿力学定律在一切惯性系中数学形式不变 牛顿力学的相对性原理10 对于描述力学规律而言，一切惯性系都是平权的、 等价的。在一个惯性系中所做的任何力学实验，都不能判断 该惯性系相对于其它惯性系的运动。注 意 牛顿力学的相对性原理， 在宏观、低速的范围内，是与实验结果相一致的 . 牛顿的绝对时空观牛顿力学的相对性原理 实践已证明 , 绝对时空观是

5、不正确的. 绝对时空观：时间和空间的量度和参考系无关 , 长度和时间的测量是绝对的.二 经典力学的绝对时空观绝对时间: 所有惯性系有统一的时间.绝对空间：空间与运动无关，空间是绝对静止的. 问：对于不同的惯性系，电磁现象基本规律的形式是一样的吗 ？真空中的光速 对于两个不同的惯性参考系 , 光速满足伽利略变换吗 ？三 光速依赖于惯性参考系的选取吗球投出前结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换)球投出后 900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星爆发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状

6、星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 1056年均能用肉眼观察, 特别是开始的 23 天, 白天也能看见 .物质飞散速度l = 5000 光年AB 当一颗恒星在发生超新星爆发时, 它的外围物质向四面八方飞散, 即有些抛射物向着地球运动, 现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问 .实际持续时间约为 22 个月, 这怎么解释 ?理论计算观察到超新性爆发的强光的时间持续约l = 5000 光年物质飞散速度AB A 点光线到达地球所需时间B 点光线到达地球所需时间 迈克尔逊 莫雷实验 为了测量地球相对于 “以太” 的运动, 1881年迈克尔逊用他自制的干涉仪进行测量, 没有结果 . 1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验,仍得到零结果, 即未观测到地球相对“以太”的运动 . 人们为维护“以太”观念作了种种努力， 提出了各种理论 ，但这些理论或与天文观察，或与其它的实验相矛盾，最后均以失败告终 . 实验结果 未观察到地球相对于“以太”的运动. 仪器可测量精度理论预测迈克尔逊 莫雷实验18寻找绝对