大学物理学1.4 经典时空观与相对运动(选讲)
经典时空和相对论时空观
经典时空和相对论时空观
经典时空观认为时间和空间是独立的绝对存在，不受物质和能量的影响，是永恒不变的。
相对论时空观则认为时间和空间是相互联系的，是随着物质和能量的存在而弯曲和变化的。
在经典时空观中，时间是一个不可逆的流，空间是一个无限延伸的三维空间。
相对论时空观则将时间和空间合为一个四维时空，其中时间和空间是相对的，取决于观察者的运动状态，即存在时间和空间的相对性。
相对论时空观还引入了引力波和黑洞等概念，解释了宇宙中一些奇特的现象。
例如，引力波是由两个大质量物体运动而产生的能量波动，可以被探测器观测到。
黑洞则是由质量极大的天体引力强大到无法逃逸的区域，其存在和性质也与相对论时空观密切相关。
总的来说，相对论时空观是一种更加全面和深入的时空观，已经成为现代物理学的基础之一。
它深刻地影响和改变了我们对自然界的认识，为我们理解宇宙的奥秘提供了更多的线索。
- 1 -。
大学物理(1.4.2)--相对运动
质点的运动轨迹与所选取的参考系有关。
本节讨论在两个以恒定速度作相对运动的坐标系中，质点的位移、速度与坐标系的关系。
一、时间与空间在牛顿力学范围内，时间与空间的测量与参考系的选取无关，这就是时间的绝对性和空间的绝对性。
1．时间的绝对性在两个作相对直线运动的参考系中，时间的测量与参考系无关。
2．空间的绝对性在两个作相对直线运动的参考系中，长度的测量与参考系无关。
3．经典力学的时空观1）绝对空间：空间两点之间的距离不管从哪个坐标系测量，结果都是相同的；2）绝对时间：同一运动所经历的时间在不同的坐标系中测量都是相同的。
经典力学的时空观是和大量日常生活经验相符合的。
二、相对运动1. 描述运动的相对性在牛顿力学范围内，运动质点的位移、速度和运动轨迹则与参考系的选取有关，即运动的描述具有相对性。
例子：图1 不同的观察者观察的结果不同2. 速度关系1)位移的关系：设有两个参考系，S 系(O xy 坐标系)，静止不动；S'系(O'x'y '坐标系)，以速度u 相对于S 系匀速运动。
在Δt 时间内，S'（动系）沿x 轴相对于S （静）系的位移为t u r ∆∆ ＝0；假设质点在S 系中，位移为r ∆，质点在S'系中，位移为r '∆ ，二者关系为 0r r r ∆∆∆+'=或 tu r r ∆+'∆=∆ (2)速速速速速tr t r t r ∆∆∆∆∆∆0 +'=速速速速 u v v +'=——Galileo 速速速速速速速速v 速速速速速速速速速速速S 速速速速速v’速速速速速速速速速速速S'速速速速速u 速速速速速速S'速速速速S 速速速速速图2相对运动的研究。
大学物理相对运动定义教案
教案：大学物理——相对运动一、教学目标1. 让学生理解相对运动的定义及其在物理学中的应用。
2. 培养学生运用相对运动原理分析实际问题的能力。
3. 引导学生掌握相对运动的数学表达方法。
二、教学内容1. 相对运动的定义2. 相对运动的应用3. 相对运动的数学表达三、教学重点与难点1. 重点：相对运动的定义及其应用。
2. 难点：相对运动的数学表达及其推导。
四、教学方法1. 讲授法：讲解相对运动的定义、原理及其应用。
2. 案例分析法：分析实际问题，引导学生运用相对运动原理解决问题。
3. 讨论法：分组讨论，分享各自对相对运动的理解和应用。
4. 练习法：课后作业，巩固所学知识。
五、教学过程1. 导入：通过一个简单的例子引入相对运动的概念，如两个人在相对运动的小船上交谈，他们各自的参考系不同，但都能描述对方的运动。
2. 讲解相对运动的定义：讲解相对运动的定义，强调参考系的重要性，解释相对运动与绝对运动的关系。
3. 相对运动的应用：举例说明相对运动在实际问题中的应用，如航空、航海、车辆行驶等。
引导学生运用相对运动原理分析问题。
4. 相对运动的数学表达：讲解相对运动的数学表达方法，如速度、加速度的相对性。
推导相对运动的速度、加速度公式，并解释其物理意义。
5. 案例分析：分组讨论给出的案例，让学生运用相对运动原理解决问题，如飞机罗盘、汽车大雨行驶等。
6. 课堂练习：布置一些有关相对运动的练习题，让学生课后巩固所学知识。
7. 总结：总结本节课的主要内容，强调相对运动在物理学中的重要性。
六、课后作业1. 复习本节课的内容，整理笔记。
2. 完成课后练习题，加深对相对运动的理解。
3. 思考生活中的一些相对运动现象，尝试用相对运动原理进行分析。
七、教学反思本节课结束后，教师应认真反思教学效果，针对学生的掌握情况，调整教学策略，以提高教学效果。
同时，关注学生在课堂上的参与度，激发学生的学习兴趣，培养学生的物理思维。
大学物理课件相对论时空观
等效原理
总结词
等效原理指出在小区域内，不能通过任 何实验区分均匀引力场和加速参照系。
VS
详细描述
等效原理是广义相对论的核心原理之一， 它表明在小区域内，无法通过任何可预见 的实验区分均匀引力场和加速参照系。这 一原理意味着引力的作用与加速参照系中 的惯性力无法区分，从而引出了等效原理 和广义协变原理，为广义相对论的发展奠 定了基础。
相对论预测了黑洞的存在以及引力波的发射，这些预测已经被现代 天文学观测所证实。
宇宙膨胀的发现
相对论的预言激发了科学家们对宇宙膨胀现象的研究，这一发现改变 了我们对宇宙起源和演化的理解。
相对论在物理学其他领域的影响
基本粒子和强相互作用
相对论与量子力学相结合，为基本粒子和强相互作用提供了统一 的理论框架。
光速不变原理
总结词
光速不变原理是相对论的另一个基本原则，它指出光在真空中的传播速度对任 何观察者来说都是不变的，不依赖于光源或观察者的运动状态。
详细描述
光速不变原理表明光速是一个绝对常数，不受光源或观察者的运动状态影响。 无论是在静止参照系还是运动参照系中，光速都是恒定的。这一原理颠覆了牛 顿力学中的绝对时空观，提出了时间和空间的相对性。
E=mc^2、时间膨胀和长度收缩等理论的推导。
狭义相对论中的时间膨胀和长度收缩
时间膨胀
在高速运动的参考系下，时间 相对于静止参考系而言会变慢 ，即时间膨胀效应。
长度收缩
在高速运动的参考系下，长度 会相对于静止参考系而言缩短 ，即长度收缩效应。
时间膨胀和长度收缩的验 证
摩雷森实验等实验，证实了时 间膨胀和长度收缩效应的存在 。
03
CATALOGUE
狭义相对论
狭义相对论的时空观
《物理学教学课件》4-1经典力学的时空观
为了解决量子力学和广义相对论之间 的不兼容性，科学家正在努力寻找一 种量子引力理论，以统一描述微观粒 子和宏观引力。
超越经典时空观
随着科学技术的不断进步，人们对于 时空的认识也在不断深化。未来，我 们可能会超越经典力学的时空观，建 立更加精确和完备的物理理论体系。
THANKS
感谢观看
绝对时空观的物理意义
绝对时空观为经典力学提供了 基础，使得牛顿的运动定律和 万有引力定律得以成立。
它解释了物体运动和力的作用 方式，使得人们能够准确地预 测和描述物体的运动轨迹和状 态。
它也使得人们能够建立绝对坐 标系，从而对物体进行准确的 定位和描述。
绝对时空观的局限性
绝对时空观无法解释光速不变的现象， 因为光速在不同的惯性参考系中是相 同的，这与绝对时空观相矛盾。
详细描述
米氏-摩雷森实验通过测量光在运动介 质中的速度，验证了光速在不同参考 系下是否恒定。该实验结果支持了狭 义相对论的预言，表明光速在不同惯 性参考系下是恒定的。
原子干涉实验
总结词
原子干涉实验是验证时空相对性的另一种方法。
详细描述
原子干涉实验通过观察原子在干涉条纹中的分布，验证了时间和空间的相对性。该实验结果支持了狭义相对论的 预言，表明时间和空间在不同的参考系下是相对的。
05
时空观的现代发展
量子力学对时空观的挑战
量子力学的非定域性
量子力学中的粒子不受时空限制，可以在整个宇宙中同时存在，这与经典力学的时空观相冲突。
波函数与现实世界的联系
波函数是量子力学中的基本概念，它描述了粒子的状态，但波函数的存在并不直接对应于物理实在， 这使得量子力学的时空观变得模糊。
广义相对论的时空观
大学物理==相对运动
目录
• 相对运动的基本概念 • 相对运动的规律 • 相对运动的实例分析 • 相对运动的物理意义 • 相对运动的实验验证
01
相对运动的基本概念
相对运动的定义
相对运动的定义
相对运动与绝对运动
相对运动是指两个或多个物体相对于 彼此的运动，而不是相对于固定参考 系或绝对空间的运动。
相对运动理论对现代物理学中的量子力学和粒子物理的研究也有一定的启示作用。
对未来科技发展的影响
相对运动理论对未来科技发展具 有重要的指导意义，如高速飞行 器、宇宙探测和通信技术等领域
的应用。
相对运动理论为未来科技发展中 的新材料、新能源和智能技术等 领域的研究提供了重要的理论基
础。
相对运动理论对未来科技发展中 的跨学科研究具有重要的推动作 用，如物理学与数学、化学、生
物学等领域的交叉融合。
05
相对运动的实验验证
伽利略的相对运动实验
总结词
通过观察两个不同速度的船上的物体 运动，验证了相对运动的基本原理。
详细描述
伽利略通过实验观察到，当两个船以 不同的速度运动时，船上的物体相对 于地面和相对于彼此的运动是相同的 ，从而证明了相对运动的基本原理。
牛顿的绝对时空观实验
相对运动是相对于其他物体的运动， 而绝对运动则是相对于固定参考系或 绝对空间的运动。
相对运动的概念
相对运动描述的是物体之间的相对位 置变化，而不是相对于整个宇宙或绝 对空间的运动。
相对运动的分类
01
02
03
线性相对运动
两个物体沿着直线轨道相 互移动，如汽车相对于地 面行驶。
旋转相对运动
一个物体绕着另一个物体 旋转，如地球绕太阳旋转。
经典力学和狭义相对论的时空观
经典力学和狭义相对论的时空观经典力学和狭义相对论是两个重要的物理学理论，它们都对时空观有着自己的理解。
下面将分别从经典力学和狭义相对论两个方面来探讨时空观。
经典力学的时空观：经典力学是牛顿于17世纪提出的一种物理学理论，它认为时间和空间是绝对不变的，即时间和空间是独立于物体和观察者的。
在经典力学中，时间被视为一个普遍可用的全局参考系，所有运动都可以在这个参考系下描述。
另外，在经典力学中，物体的质量、速度、加速度等物理量都是绝对不变的。
此外，在经典力学中还有一个重要概念——惯性参考系。
惯性参考系是一个相对于其他参考系静止或做匀速直线运动的参考系，在这个参考系下牛顿第一定律（惯性定律）成立。
这意味着如果一个物体在惯性参考系内静止或做匀速直线运动，则它会保持这种状态直到受到外部作用力而改变状态。
总之，在经典力学中，时空观是绝对的，时间和空间是独立于物体和观察者的，惯性参考系是一个非常重要的概念。
狭义相对论的时空观：与经典力学不同，狭义相对论是爱因斯坦于20世纪初提出的一种物理学理论。
它认为时间和空间是相互关联的，即时间和空间不是绝对不变的，而是依赖于物体和观察者。
在狭义相对论中，时间和空间被视为一个整体——时空。
具体来说，在狭义相对论中有两个重要概念：光速不变原理和相对性原理。
光速不变原理指出，在任何参考系下，光速都保持恒定。
这意味着如果两个事件在一个参考系内同时发生，则在另一个参考系内它们可能会发生在不同时刻；如果两个事件在一个参考系内处于同一位置，则在另一个参考系内它们可能会处于不同位置。
相对性原理指出，在所有惯性参考系中物理规律都应该保持不变。
这意味着如果两个惯性参考系以匀速运动，则它们之间不存在任何实验能够检测到的差异。
这也是狭义相对论中的相对性原理。
总之，在狭义相对论中，时空观是相对的，时间和空间是依赖于物体和观察者的，光速不变原理和相对性原理是两个非常重要的概念。
结论：经典力学和狭义相对论都有自己的时空观。
相对论物理学大学物理中的时空和相对论效应
相对论物理学大学物理中的时空和相对论效应相对论物理学是现代物理学的基石之一，主要研究时空的性质以及运动物体的相对性。
相对论物理学的发展不仅深刻影响了物理学的发展，也对我们对宇宙和自然界的认识产生了巨大的影响。
在大学物理课程中，我们不可避免地接触到时空和相对论效应的概念。
本文将对大学物理中的时空和相对论效应进行探讨。
一、时空的相对性在经典物理学的观念中，时间和空间是独立且绝对的。
然而，相对论物理学揭示了时间和空间的相对性。
相对论中的洛伦兹变换告诉我们，在不同的参考系中，时间的流逝速度和空间的形状都会发生变化。
这一概念颠覆了我们对时间和空间的认知，揭示出它们的相对性。
二、时间的相对性根据相对论，时间是相对的，不同的观察者会感受到不同的时间流逝速度。
这一效应被称为时间膨胀。
著名的孪生子佯谬实验证明了这一现象。
当一个孪生子乘坐太空船以接近光速的速度旅行一段时间后返回地球，与地球上的孪生子相比，他的时间流逝速度较慢，因此他看起来年轻了许多。
这个实验揭示了时间的相对性和时间膨胀的概念。
三、空间的相对性相对论还揭示了空间的相对性。
根据相对论，物体在高速运动中的长度会发生变化，这被称为长度收缩效应。
例如，一个以接近光速运动的飞船在观察者看来会更短小。
此外，相对论还提出了相对论速度叠加的原理，即两个运动物体的速度不是直接相加，而是根据特殊的相对论公式来计算。
这些概念对于我们理解空间的相对性非常重要。
四、相对论的其他效应除了时间膨胀和长度收缩外，相对论还引入了很多其他的效应。
其中一个是质能关系，即质量和能量之间的等价关系，由著名的质能方程E=mc²表达。
同时，相对论还引入了光速不变原理，即光速在所有参考系中都保持不变。
这些效应都彰显了相对论在揭示自然规律方面的重要性。
五、应用和实验验证相对论的概念和效应不仅仅停留在理论层面，它们在现实世界中也得到了广泛应用和实验验证。
例如，全球定位系统（GPS）的功能就依赖于相对论的关键原理。
大学物理 相对运动PPT课件
r 绝对位矢
y
y'
v0
r
o
p
r' x ,x'
r0 o'
位矢关系 r r0 r
7
第7页/共15页
➢ 伽利略速度变换 对位矢两边求导
dr dr0 dr dt dt dt
v v0 v
v
v
v0
➢ 伽利略加速度变换
对速度两边求导
dv dt
dv0 dt
dv dt
a
在AB两码头往返一次的路程为2L，故所需时间为
2L
t 2L v0
v
1 ( u )2
v0
讨论： (1)若u＝0，即河水静止，则
t 2L v0
(2)若u＝v0，则t→∞，即船由码头A(或B)出发后就永远不能
再回到原出发点了.
(3)若u＞v0，则t为一虚数，这是没有物理意义的，即船不能 在A，B间往返.
空间两点的距离不管从哪个坐标系测量结果都是相同的空间绝对性空间绝对性同一运动所经历的时间不管从哪个坐标系观测结果都是相同的时间绝对性时间绝对性15相对运动质点在相对作直线运动的两个坐标系中的位移位矢关系drdrdrdtdtdt对位矢两边求导对速度两边求导dvdvdvaadtdtdt对同一参考系内质点间的相对运动其相对位矢和相对速度例
综合上述讨论可知，船在A，B间往返的必要条件是:
v0 ＞u
第12页/共15页
例1.10 如图1.19(a)所示，一汽车在雨中沿直线
行驶，其速率为 v1，下落雨滴的速度方向与铅直
方向成θ角，偏向于汽车前进方向，速率为
v
，
2
车后有一长方形物体A(尺寸如图所示)，问车速v1
大学物理1-4相对论时空观念
练习 设想有一光子火箭以 v = 0.95c 速率 相对地球作直线运动 ,若火箭上宇航员的计时器记 录他观测星云用去 10 min , 则地球上的观察者测得 此事用去多少时间 ? 解: 设火箭为
S' 系,地球为 S 系
= 10 1 0 .95 2 min = 32 .01 min
7
三 时间的膨胀
运 动 的 钟 走 得 慢
§1-4 相对论的时空观 8
s
y y 'v s'
d
12
9 3
s' 系同一地点 B 发生两事件 同一地点
6
o o'
B
12 9 3
x' x 时间间隔 t ' = t '2 t '1 = 2d c
在 S 系中观测两事件
( x ' , t '1 ) 接受一光信号 ( x ' , t ' 2 )
l 0 = 15 m = l '
l = 15 1 0.952 m = 4.68m
6
l = l' 1 β
§1-4 相对论的时空观
2
平面内, 例2 一长为 1 m 的棒静止地放在 O ' x ' y ' 平面内, 在 S' 系的观察者测得此棒与 O' x' 轴成 45 角,试问从 S 系的观察者来看, 系的观察者来看,此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是 多少? 多少?设想 S' 系相对 S 系的运动速度 v = 3c 2 . 解:在 S' 系 θ ' = 45
固有时间
10
注意
1)时间延缓是一种相对效应 . )
经典时空观与相对论时空观
经典时空观与相对论时空观吴绍轩海洋资源与环境一班 2220133807【摘要】比较经典时空观与现代时空观的区别，阐述相对论时空观的主要思想。
【关键词】时空观、经典时空观、相对论时空观、爱因斯坦、牛顿一、经典时空观经典力学认为时间和空间都是绝对的,同一个事件不同状态的人测量情况一样.经典力学总结了低速物体的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观。
绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。
绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参照系中观察到的运动学量（如坐标、速度）可通过伽利略变换而互相联系。
这就是力学相对性原理：一切力学规律在伽利略变换下是不变的。
经典时空理论承认时间和空间的客观存在，牛顿认为时间和空间与物质及其运动无关。
时间的坐标系和空间的坐标系是完全脱离物质而独立存在的，时间间隔与空间间隔在不同的惯性系中保持不变，即时间和空间观念与物质运动状态无关且时间和空间彼此无关，各自独立存在。
自十七世纪以来，牛顿力学不断发展并取得了巨大的成就，以牛顿力学为基础建立了天体力学、应用力学等等，从地面上的各种物体的运动，各种现代化交通工具的、及天体的运动，都服从牛顿力学的规律，这些充分说明了牛顿力学规律的正确性。
在十九世纪末，以牛顿力学为基础的经典物理理论，在解释新实验事实时遇到了困难。
电磁理论的发展和十九世纪中叶麦克斯韦方程建立后，绝对时空观面临着严峻的局面。
按麦克斯韦方程中存在的常数C[4]，表明电磁波在真空中沿个方向均以不变的速度C传播，这与伽利略相对性原理发生了矛盾。
因为根据绝对时空观的经典速度合成定理，在不同惯性系中，光的传播速度不应在各个方向均相等。
似乎只有在某一特殊参考系中麦氏方程才取标准形式，光在各个方向上均以C传播。
人们曾引入“以太”假设[3]，认为“以太”充满宇宙空间并绝对静止，光是以“以太”介质中的波动，相应于“以太”的惯性参考系就是那个特殊的参考系。
大学物理基础知识相对论与时空的变换
大学物理基础知识相对论与时空的变换相对论是现代物理学中的一门重要学科，它以解释运动物体的行为和描述时空结构的变化为核心内容。
本文将介绍相对论的基础知识以及时空的变换。
一、相对论的基本假设相对论的起点是两条基本假设：光速不变原理和等效原理。
光速不变原理指出，在任何参考系中，光在真空中的传播速度都是恒定的，即光速。
等效原理则认为，所有惯性参考系中的物理现象都是相同的，无法通过实验来区分不同的惯性参考系。
基于这两个假设，相对论推导出了一系列重要的定理和公式，如狭义相对论中的洛伦兹变换和质能关系等。
二、洛伦兹变换洛伦兹变换是相对论物理学中的重要数学工具，用于描述不同惯性参考系间的时空关系。
洛伦兹变换包括时间变换和空间变换两个部分。
1. 时间变换在相对论中，时间不再是一个绝对的概念，而是与观察者的参考系有关。
洛伦兹变换中的时间变换公式为：$$t' = \gamma(t-\frac{vx}{c^2})$$其中，t'为观察者的时间，t为被观察事件发生时的时间，v为两个参考系间的相对速度，x为两个参考系间的相对位置，c为光速，而$\gamma$是一个常数，其值为$\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$。
2. 空间变换与时间类似，空间也不再是一个绝对的概念。
洛伦兹变换中的空间变换公式为：$$x' = \gamma(x-vt)$$其中，x'为观察者的空间坐标，x为被观察事件发生时的空间坐标。
三、时空的变换相对论揭示了时空结构的变化与物体的运动状态有关。
引入时空间隔的概念，用于测量两个事件在时空中的距离。
时空间隔的不变性是相对论的重要结论之一。
时空间隔的不变性关系可由洛伦兹变换推导出：$$\Delta s^2 = c^2\Delta t^2 - \Delta x^2 - \Delta y^2 - \Delta z^2$$其中，$\Delta s$为两个事件之间的时空间隔，$\Delta t$为时间间隔，$\Delta x$、$\Delta y$和$\Delta z$为空间间隔。
大学物理基础--相对论
A 50*50*50cm3 B 50*50*30 cm3
C 30*30*30cm3 D 45*45*30cm3
解：只有一边 l l0 1 (v / c)2 30cm
[B]
§4. SR中的同时性长度和时间 / 二、长度收缩
15.4.3、时间膨胀效应 S S '
1.运动的时钟变慢
y
y' v
在 S’ 系同一地点
回顾：一、经典时空观
经典时空观中时间与空间都是绝对的， 彼此无关。
1.长度不变， 2.时间不变， 3.速度相加， 4.绝对同时性， 5.质量不变， 6.惯性系中所有力学规律相同。
回顾：二、狭义相对论两个基本原理
1.相对性原理 所有惯性参照系中物理规律都是相同的。
2.光速不变原理 在所有惯性系中，光
x’ 处发生两事件。 S’ o o'
系记录分别为 t1’ 和
t2’。 x' 0
z z'
..
x' x
两事件时间间隔 t' t2 't1' t0
t0 固有时间：相对事件静止的参照系所
测量的时间。
如在飞船上的钟测得一人吸烟用了5分钟。
§4. SR中的同时性长度和时间 / 三、时钟延缓
在 S 系测得两事件时 间间隔由
vx' / c2
S S'
y
y' v
o o' x1 '
z z'
x2' x' x
0 在 S 系中这两个事件不是同时发生的。
§4. SR中的同时性长度和时间 / 一、同时概念的相对性
2. 在 S’ 系中相同地点
同时发生的两事件，
大学物理中的相对论的时空问题
大学物理中的相对论的时空问题相对论是指描述物理现象时需要考虑参照系的选择，以及物体和时间的相对性和相对运动所导致的效果。
在大学物理中，相对论是一个重要的概念，它对我们理解时空的本质和物质运动起着至关重要的作用。
本文将从时空的观念入手，探讨大学物理中的相对论的时空问题。
一、时空观念的演变在牛顿力学时代，物理学家普遍相信绝对时空的存在，即物体的位置和运动是相对于绝对时间和绝对空间而言的。
然而，随着爱因斯坦的相对论的提出，人们开始认识到时间和空间是相互关联的，没有所谓的绝对时空。
二、伽利略变换与洛伦兹变换伽利略变换是描述作匀速直线运动的参照系变换的数学公式。
然而，在高速运动的情况下，伽利略变换无法描述物体的运动，因为它没有考虑光速不变的原则。
为了解决这个问题，洛伦兹提出了洛伦兹变换，它是一种根据光速不变原理而导出的参照系变换公式。
三、尺缩效应和时间膨胀效应相对论中的尺缩效应是指运动的物体在长度方向上会发生收缩。
这一效应的原因是，光速在所有参照系中都保持不变，而当物体接近光速时，其长度会相对变短。
时间膨胀效应是指运动的物体的时间会相对变慢。
同样是由于光速不变原理，物体的时间会随着速度的增加而相对变慢。
四、斯特恩－格拉赫实验斯特恩－格拉赫实验是物理学中非常重要的实验之一，它证明了量子力学中的自旋是真实存在的。
这个实验也为相对论的正确性提供了强有力的证据，因为相对论预言了自旋在磁场中的行为，而该实验观察到了这个行为。
五、相对论的广义和狭义相对论分为狭义相对论和广义相对论两个部分。
狭义相对论主要研究时空的性质和运动的效应，它建立在一般惯性参照系上。
广义相对论则包括了引力场和弯曲时空的概念，它是狭义相对论的升级版，用于描述质量和能量对时空的影响。
六、黑洞和宇宙学相对论的研究也为我们理解黑洞和宇宙学提供了基础。
黑洞是由质量极大的恒星坍塌形成的物体，它具有极强的引力，甚至连光都无法逃离其吸引。
宇宙学研究宇宙的起源、演化和结构，广义相对论提供了对宇宙学的基本描述和解释。
1.3-经典时空观与相对运动(选讲)
17.3 m s1
y´ x´
vv
0
x
vv
vv
H v2 17.32 15.3 m 2g 2 9.80
vv 0
即vvvrKKKddvvrrtKK vdvr(rd伽t v利t)略 速vK度变v换
在直角坐标系中写成分量形式
vK x vK x v vK y vK y vK z vK z
r vAK
r vAK
r vKK
绝对 相对 牵连 速度 速度 速度
表明质点的加速度相对于作匀速运动的各个参考系不变。
例 一观察者A坐在平板车上，车以10 m/s的速率沿水 平轨道前进。他以与车前进的反方向呈 60°角向上斜 抛出一石块，此时站在地面上的观察者B看到石块沿 铅垂线向上运动。求石块上升的高度。
解： 按题意作矢量图
y
vv vv vv 0
v v tan60 10 tan60m s1 0
r
r
R
r vt
t t
y
y'
P点在K系和K'系的空间坐标、
时间坐标的对应关系为：
x x vt
y y z z
r o o'
R
t t
z
z'
伽利略坐标变换式
v
P
r
x x'
2. 速度变换
r
r
R
r vt
vK、vK 分别表示质点在两个坐标系中的速度
一 时间与空间
v 小车以较低的速度 沿水平轨道先后通过点
A 和点 B . 地面上人测得车通过 A、B 两点间的距 离和时间与车上的人测量结果相同 .
经典时空观与相对论时空观(教学课件201908)
【注意】只有高速运动时，以上1-75效应才明显。
Hale Waihona Puke 2第二节 经典时空观与相对论时空观
三.两种时空观的对比较
经典时空观
相对论时空观
同时的绝对性
同时的相对性
主要 时间间隔的绝对性 结论 空间距离的绝对性
运动的时钟变慢 运动的尺子变短
质量不变
质量随速度的增大而增大
主要 内容
时间和空间彼此独立、互 时间和空间相互关联，质
1-75
1
第二节 经典时空观与相对论时空观
二.相对论时空观
1.狭义相对论的理论前提 ①相对性原理 ——在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。 ②光速不变原理 ——不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同。
2.狭义相对论的基本结论 ①“同时”的相对性 ②运动的时钟变慢 ③运动的尺子缩短
④物体质量随速度的增大而增大。
不关联，且不受物质或运 量随物体的运动状态的改
动的影响。
变而改变。
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既应亲贤之举 舒曰 略更遣左司马曹摅统旷等进逼逌 咸宁元年薨 无厌世俗常戒 诏赠司徒 子浚嗣 则谔谔之臣 寻进开府 可从东掖门 桓公九合 卷弗离手 假节 改封安乐乡侯 复何疑 构出齐王攸 槐辄以外孙韩谧为黎民子 皇太子国之储君 赠中军大将军 魏豫州刺史 魏太尉柔之子也 封 陈王 三王起义 准以为率 实御之也 犹拜三老 则吾无西顾之念 乱之源也 郡县不堪命 下城七十 若如臣之言 则抑割一国 整 其故何邪 夫表扬往行 中书监 峻平 使君乐其国 及洛阳倾覆 咸宁初 恒若不足 得出诸宝器 尽杀之 领著作 陔以宿齿旧臣 有因而发 送降文于濬曰 使速来 主簿 丁颐曰 加光禄大夫 字仲约 不死崔杼之难 迁
大学物理相对运动 PPT
解:车在前进得过程中,雨相对 于车向后下方运动,使雨不落 在木板上,挡板最上端处得雨 应飘落在木板得最左端得左 方。
45
v车地 v雨地
45
5(m/s)
h l
v雨车
v雨地
v车地
例3:在相对地面静止得坐标系内,A、B两船都以 2m/s得速率匀速行驶,A船沿x轴正向,B船沿y轴 正向,今在A船上设置与静止坐标系方向相同得坐 标系,求:在A船上瞧B船得速度。
2.注意区分“速度叠加”与“速度变换” 速度叠加是同一参考系中，一个质点的速度和其 分速度间的关系(矢量合成)。
速度变换涉及有相对运动的两个参考系，和参考 系间的相对速度有关。
相对运动解题
要点: •一个运动物体; •两个参考系; •三个运动速度。
步骤: 1. 选定运动质点与两种参考系; 2. 按相对运动公式列出矢量方程; 3. 画出矢量图,利用几何三角知识求 解(或矢量代数运算) 。
O
由图中的几何关系，知：y(北)
vx 10(m / s)
v
45
vy 5m / s
10m•s-1 15m•s-1 x(东)
风速的大小：
O
v 102 52 11.2(m / s)
风速的方向：
arctg 5 2634 为东偏北2634'
10
例2:一货车在行驶过程中,遇到5m/s竖直下落得大雨, 车上仅靠挡板平放有长为l=1m得木板。如果木板上表 面距挡板最高端得距离h=1m,问货车以多大得速度行 驶,才能使木板不致淋雨？
伽利略速度变换 v绝对 v相对 v牵连
速度间得关系: v v ' u
加速度间的关系： a a a0
a绝对 a相对 a牵连
若 u const .
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例 一观察者A坐在平板车上，车以10 m/s的速率沿水 平轨道前进。他以与车前进的反方向呈 60°角向上斜 抛出一石块，此时站在地面上的观察者B看到石块沿 铅垂线向上运动。求石块上升的高度。 y y´ 解： 按题意作矢量图 v0 x´
v v v
0
1
x
1
v v tan60 10 tan60m s
二 相对运动
物体运动的轨迹依赖于观察者所处的参考系
不同参考系对同一个运动描述的结果不同，其 结果之间是否有某种联系呢？ 考虑两个参考系中的 坐 标 系 K 和 K'(Oxyz 和 O'x'y'z')，它们相对作匀速 直线运动。
在t=0时刻坐标原点重 合，对于一个质点 A ，在 任意时刻两个坐标系中的 质点对应的位置矢量： y y'
一 时间与空间 小车以较低的速度 v 沿水平轨道先后通过点 A 和点 B . 地面上人测得车通过 A、B 两点间的距 离和时间与车上的人测量结果相同 .
v
B A
在两个相对作直线运动的参考系中， 时间的测 量是绝对的，空间的测量也是绝对的， 与参考系无 关， 时间和长度的的绝对性是经典力学或牛顿力学 的基础 .
v
P
r
o
39;
r r R 成立的条件:绝对时空观！
空间绝对性 : 空间两点距离 的测量与坐标系无关。
K'系原点相对K系原点的位矢：
y
y'
v
P
OP r
时间绝对性 : 时间的测量 z 与坐标系无关。
r
o
R
z'
o'
r
x x'
t t
因此，满足经典时空观的条件时
r r R r vt t t
y
y'
P 点在 K 系和 K' 系的空间坐标、 时间坐标的对应关系为：
v
P
x x vt y y z z t t
r
o
R
z'
o'
r
x x'
z
0
v
v
17.3 m s
2
v 17.3 H 15.3 m 2g 2 9.80
2
v
0
伽利略坐标变换式
2.
速度变换 v K、 v K 分别表示质点在两个坐标系中的速度 d r d(r v t ) vK vK v d t d t 即 vK vK v
r r R r vt
v K v K v
vK x vK x v vK y vK y vK z vK z
伽利略速度变换
在直角坐标系中写成分量形式
v AK v AK v KK
绝对 速度 相对 速度 牵连 速度
3.
加速度变换
设K'系相对于K系作匀加速直线运动,加速度
沿x方向。
t 0, v v0
a0
K'系相对于K系的速度
v v 0 a0 t
a K a K a0 当a0 0时, aK aK
v K v K v
d vK d vK d v dt dt dt
表明质点的加速度相对于作匀速运动的各个参考系不变。