中国科学技术大学：《普通物理》课程PPT教学课件（力学）第九章 狭义相对论基础

第九章狭义相对论基础 目录 1伽利略变换回顾与力学相对性原理 2狭义相对论的基本假设与洛仑兹变换 3狭义相对论时空观 4狭义相对论动力学基础

1 第九章 狭义相对论基础 目 录 1.伽利略变换回顾与力学相对性原理. 2.狭义相对论的基本假设与洛仑兹变换. 3.狭义相对论时空观. 4.狭义相对论动力学基础

(-)伽里略变换回顾与力学相对性原理 伽里略变换 Y y′ →→v→a ut XX 二、经典时空观 同时性的绝对性t1=t2→t1=t2 时间测量的绝对性△r=△t 长度测量的绝对性△=x2-x1=M=x2-x1 伽里略变换的实质就是牛顿力学所持的经典时空观,认为 存在与物质的运动无关的绝对时间和绝对空间

2 ㈠ 伽里略变换回顾与力学相对性原理 一、伽里略变换 a a v v u t t r r ut          =  = −  =  = − Z O X X Y Y Z O 二、经典时空观 同时性的绝对性 1 2 1 2 t = t  t = t 时间测量的绝对性 t = t 2 1 x2 x1 长度测量的绝对性 l = x − x = l = − 伽里略变换的实质就是牛顿力学所持的经典时空观，认为 存在与物质的运动无关的绝对时间和绝对空间。u 

三、力学的相对性原理 力学定律在一切惯性系中都是相同的,即所有惯性系都是等 价的。说明了质量的绝对性(与运动无关) 推导:对于牛顿定律 F=ma 由伽里略变换 = 力学相对性原理F′=mlt 力与参考系无关F=F 得到 M= 反过来,由时空绝对性(伽里略变换)和绝对质量的概念, 可以得到力学相对性原理

3 推导: F ma   对于牛顿定律 = 力与参考系无关 F F    = 得到： m = m 反过来，由时空绝对性（伽里略变换）和绝对质量的概念， 可以得到力学相对性原理。 力学定律在一切惯性系中都是相同的，即所有惯性系都是等 价的。说明了质量的绝对性（与运动无关）。 三、力学的相对性原理 a a   由伽里略变换  = F = ma   力学相对性原理

狭义相对论的基本假设与洛仑兹变换 问题一:麦克斯韦方程不服从伽里略变换 麦克斯韦方程v2E-10E=0 at 2 以一维为例 10 q=0 at2 进行伽里略坐标变换 1 0 2u 8 u 2=0 ax" 2 ax'at' ax 2 上式说明:在不同的惯性系中浪动方程呈现不同的形式,即 光速在不同的惯性系中有差异

4 ㈡ 狭义相对论的基本假设与洛仑兹变换 进行伽里略坐标变换 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 =    −     +    −    c x u c x t u x c t     上式说明：在不同的惯性系中波动方程呈现不同的形式，即 光速在不同的惯性系中有差异。 问题一：麦克斯韦方程不服从伽里略变换 0 1 2 2 2 2 =    − E c t E   麦克斯韦方程 0 1 2 2 2 2 2 =   −   x c t 以一维为例  

问题二:迈克尔孙-莫雷实验 =1M1 M 著名的否定性实验(1881~1887) 动摇了经典物理学的基础出。 u c-u 实验原理如图,光源发出 的光束被分成两束后,被镜片 s M C+u 反射,其往返时间分别为 E c-u C+u C L 其中u设定为地球相对“以太”速度

5 问题二：迈克尔孙－莫雷实验 著名的否定性实验（1881~1887） 动摇了经典物理学的基础。 实验原理如图，光源发出 的光束被分成两束后，被镜片 反射，其往返时间分别为             − = + + − = 2 1 2 1 2 1 c c u l c u l c u l t             − = 2 2 2 1 2 1 c c u l t 其中u设定为地球相对“以太”速度 c+u S E M1 M2 M M1 u u c 2 2 c − u