第十九章 狭义相对论基础(之一)PPT精品文档85页
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狭义相对论基础简.ppt
解：
（1）质量（能量）守恒：
M m0
m0 1 0.62
9 4 m0
（2）动量守恒：
（3）
P m0 0.6c 1 0.62
P MV V
3 4 P
m0c 3
4
m0c
1c
M
9 4
m0
3
Ek Mc2 M0c2 Mc2 Mc2 1V 2 / c2
3 (3 2 4
2 )m0c 2
解： （1）v
v u 1 vu / c2
0.6c 5 c 13
1 0.6 5
0.8c
13
（2）m
m0 1 v2 / c2
5 3
m0
（3） m
m0 1 v2 / c2
5 4 m0
Ek
mc2
m0c2
1 4
m0c2
7. 相对论碰撞：两相同粒子 A、B，静止质量均 为 m0，粒子 A 静止，粒子 B 以 0.6c 的速度与 A 发生碰撞，设碰撞后两粒子粘合在一起组成一复 合粒子。求：复合粒子的质量、动量和动能以及 运动速度。
解：
t2 t1 0.125s 1.25107 s ， x2 ' x1 ' 100m
t1
t1 ' ux1 1 u2
'/ c2 / c2
t2
t2 ' ux2 1 u2
'/ c2 / c2
t2
t1
t2
'
t1
' u(x2 1 u2
' x1 / c2
')
/
c2
t2 ' t1 ' t2 t1 1 u2 / c2 u(x2 ' x1 ') / c2 107 s 0.1s
狭义相对论的基本原理PPT课件
个光信号。 经一段时间，光传到 P点。
我们可以把光到达P点看作一个事件。而事件是在一 定的空间和时间中发生的，可以用时空坐标来表示。
S P x,y,z,t 寻找 对同一客观事件，两
个参照系中相应的坐
S P x ,y,z,t
标值之间的关系。
.
4
1.洛仑兹坐标变换 •由光速不变原理：
x2y2z2c2t2 (1 )
S S u
P
xx O O’ ’
x 2y 2 z2 c2 t2(2 )
站在S和S/的人都认为自 己是静止不动的，而且
•由发展的观点：
光速也不变的。
u<<c 情况下，狭义 牛顿力学 yy zz
•由于客观事实是确定的：
x,y,z,t对应唯一的 x,y,z,t
下面的任务是，根据
设： x xt (3 )上述四式，利用比较
例2、设想一飞船以0.80c的速度在地球上空飞行， 如果 这时从飞船上沿速度方向抛出一物体，物体 相对飞船速 度为0.90c 。问：从地面上看，物体速度多大？
解： 选飞船参照系为S’系。 地面参照系为S系。
S S’ u
u0.80 c vx 0.90c
X(X’)
由洛仑兹速度变换关系可得：
vx
vx u
1
u c2
v x
0.90c0.80c 10.800.90
0.99c
.
13
下面我们来考察空间中的两个不同事件。
3.两个事件的时空关系
对于不同的两个事件：
S
事件1
(x1 , t1 )
事件2
x2,t2
S
x1 ,t1
x2 ,t2
两事件时间间隔 t t2t1 tt2 t1
第19章狭义相对论基础概论
x)
1
1 2
u
c
（1）时间的测量与坐标有关，与选择的惯性 系有关。
时空不可分
（2）c为极限速度。
1 2 0 1 (u)2 0 u 1 u c
c
c
（3）u c :洛伦兹变换 伽利略变换。
x ( x ut)
y y
u 0:
z z t (t
u c2
x)
c
1
x x ut y y z z t t
等于c。
光速为c 光速为c
c u
x
x
三、洛伦兹变换
y y u
O O
P x x
z z S系：( x, y, z, t ) S系: ( x, y, z, t)
1. 洛伦兹坐标变换
x ( x ut)
x ( x ut)
y y
y y
z z t (t
u c2
x)
说明
z z
t
(t
u c2
x
cc
1
c2 c2
c
例：设飞船A和B相向运动，在地面上测得A、
B的速度沿x轴方向，各为0.9c和-0.9c，
求：（1）在飞船上看A相对于B的速度； （2）在地面上看A对B的速度。
解：(1)地面为S系，B为S系 y A B
u 0.9c
O
A为运动物体 vx 0.9c
z
x
vx
vx
1
u c2
u vx
(
u t1 ) c2 x2 x1 )
t1 t2
y y
O O x1
x
x2 x
2. 时间间隔的测量是绝对的
S系：t t2 t1 S'系：t t2 t1
狭义相对论优秀PPT资料
惯S 系性中系，间这物两理个规★事律光情的发变速生换在。不同变一地原点 理与伽利略变换是彼此矛盾的，
11×10-31 kg.
一根棒A’B’静止地学放在习S’相系，对固定论在就x’轴必上。须抛弃伽利略变换，
且O 与 O 重合时，
两任有何因 惯果性关系系中的，关真也联空事中就件光是的速必率都须为抛c 。弃绝对的时空观。
S’系中 t2 t1 0
★发生两件事的先后次序
t2
t1
t2
t1
u c2
x2
1
u2 c2
x1
两无关的独立事件 —次序是相对的
t2 t1
t2 ,,t1
两有因果关系的关联事件 ——次序是绝对的
t2 t1
t2 t1
在一惯性系中观测，两个事件同时不同地，则在其 他惯性系中的观测，它们（） A、一定同时 B、可能同时 C、不可能同地，但可能同时 D、不可能同时、也不可能同地
例一、假定一粒子在x’y’平面内以c/4的恒定速度相 对惯性参考系S’运动,它的轨道与x’轴成600角.如果S’ 系沿x’(x)轴相对于惯性参考系S的运动速度是0.8c,试 求在S系中所确定的粒子运动学方程.(设t=0时粒子位于 原点)
例二、地面上测得高能粒子由出发点甲处沿直线到达相 距100米的乙点处经历的时间10微秒。问：如果从一个 与粒子运动方向相同的假想的速率为 u=0.6c 的宇宙飞 船中观测，粒子由甲到乙走过的路程、时间间隔和速率 各为多少
爱因斯坦于1879年3月14 日出生在德国一个犹太人家 庭。1933年因纳粹迫害，他 迁居 。1955年4月18日病逝 于普林斯顿。
1905年，爱因斯坦在狭 义相对论、光电效应和布朗 运动三个不同领域里取得了 重大成果，表现出惊人的才 智。
11×10-31 kg.
一根棒A’B’静止地学放在习S’相系，对固定论在就x’轴必上。须抛弃伽利略变换，
且O 与 O 重合时，
两任有何因 惯果性关系系中的，关真也联空事中就件光是的速必率都须为抛c 。弃绝对的时空观。
S’系中 t2 t1 0
★发生两件事的先后次序
t2
t1
t2
t1
u c2
x2
1
u2 c2
x1
两无关的独立事件 —次序是相对的
t2 t1
t2 ,,t1
两有因果关系的关联事件 ——次序是绝对的
t2 t1
t2 t1
在一惯性系中观测，两个事件同时不同地，则在其 他惯性系中的观测，它们（） A、一定同时 B、可能同时 C、不可能同地，但可能同时 D、不可能同时、也不可能同地
例一、假定一粒子在x’y’平面内以c/4的恒定速度相 对惯性参考系S’运动,它的轨道与x’轴成600角.如果S’ 系沿x’(x)轴相对于惯性参考系S的运动速度是0.8c,试 求在S系中所确定的粒子运动学方程.(设t=0时粒子位于 原点)
例二、地面上测得高能粒子由出发点甲处沿直线到达相 距100米的乙点处经历的时间10微秒。问：如果从一个 与粒子运动方向相同的假想的速率为 u=0.6c 的宇宙飞 船中观测，粒子由甲到乙走过的路程、时间间隔和速率 各为多少
爱因斯坦于1879年3月14 日出生在德国一个犹太人家 庭。1933年因纳粹迫害，他 迁居 。1955年4月18日病逝 于普林斯顿。
1905年，爱因斯坦在狭 义相对论、光电效应和布朗 运动三个不同领域里取得了 重大成果，表现出惊人的才 智。
《狭义相对论》PPT课件
第
十 三
狭义
讲
相对论
运动是相对的，在研究运动相对性问题时，认识到 了参考系的概念。
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
1.伽利略相对性原理
从“三大守恒定律”到“牛顿运动定 律”，完成了“经典力学”的构建。几 乎可以用来解释所有宏观、低速运动现 象。 正如欧几里德几何建立在几条基本假设 的基础上， “经典力学的大厦”建立在“伽利略时 空观”的假设上。
o
v
vt
P
o' x '
x xx
之t坐时标后刻的质点研在究两参都照是系限下的于应z用这些z ' 基本规
律S解系决具zxy 体zxy问'''v题t 。
S '系
x' x vt y' y z' z
t t'
t't
r＝r vt dr ＝dr v dt dt
u u'v a du dt a' du' dt
界 体
伽利略相对性原理
系
的 对
力学规律对所有惯性系平权——
话
》 力学规律在所有惯性系中有同样的表达形式。
伽经利典略力坐学标规变律换 ：
S S'
建一个立参在照系伽静利止-略---时--空S 观系，上y 的动y力' 学量的
守另v 运一恒动个条-参--照件-系--的沿S’规o系x范，轴。以 实t 施0 方时两法坐：标重合 牛x 顿x'运 0动定律
迈克尔孙-莫雷实验的“零”结果
基本假设：光是波动；光在“以太”中以速度c传播；“以太”
十 三
狭义
讲
相对论
运动是相对的，在研究运动相对性问题时，认识到 了参考系的概念。
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
1.伽利略相对性原理
从“三大守恒定律”到“牛顿运动定 律”，完成了“经典力学”的构建。几 乎可以用来解释所有宏观、低速运动现 象。 正如欧几里德几何建立在几条基本假设 的基础上， “经典力学的大厦”建立在“伽利略时 空观”的假设上。
o
v
vt
P
o' x '
x xx
之t坐时标后刻的质点研在究两参都照是系限下的于应z用这些z ' 基本规
律S解系决具zxy 体zxy问'''v题t 。
S '系
x' x vt y' y z' z
t t'
t't
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u u'v a du dt a' du' dt
界 体
伽利略相对性原理
系
的 对
力学规律对所有惯性系平权——
话
》 力学规律在所有惯性系中有同样的表达形式。
伽经利典略力坐学标规变律换 ：
S S'
建一个立参在照系伽静利止-略---时--空S 观系，上y 的动y力' 学量的
守另v 运一恒动个条-参--照件-系--的沿S’规o系x范，轴。以 实t 施0 方时两法坐：标重合 牛x 顿x'运 0动定律
迈克尔孙-莫雷实验的“零”结果
基本假设：光是波动；光在“以太”中以速度c传播；“以太”
狭义相对论基础PPT课件
现代物理学讲座
狭义相对论基础
狭义相对论基础
special relativity 狭义相对论的基本假设 同时性的相对性 运动时钟变慢和长度缩短 洛仑兹(时空和速度)变换 相对论性质量 相对论性动量和能量
数学上很 容易，观 念上不易 理解
Galileo
Newton
Maxwell
Lord Kelvin (William Thomson)(1824-1907)
即
m
d
u m
d
(u v)
dt
dt
m
d
u
dt
F m d dt2r2 , F md d2r2 t
FF
这说明牛顿力学中的运动方程在伽利略变换下基 本方程保持形式不变。
如：动量守恒定律
Sm 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 0 m 2 v 20
S
m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 0 m 2 v 20
二、Albert Einstein 的选择
由牛顿时空观出发，已知在伽利略变换下，一 切力学规律对所有的惯性系都有相同的形式，但电 磁学却不服从伽利略相对性原理。
从逻辑上说，对同一种变换，力学规律有相同的 形式，而电磁学规律的形式却不相同，这是不可思 义的。这个矛盾的存在有两种可能性：一种可能性 是Maxwell给出的电磁学理论并不正确，而Galilean transformation是正确的；另一种可能性是Maxwell theory 是正确的，但力学规律在高速（v→c）情况 下并不正确，Galilean transformation在高速情况 下，也不正确，应存在一种新的变换，
Albert Einstein所建立的相对论，就是在下列 思想基础之上的，即时空具有更深刻地均匀性， 自然定律在时空的四维“空间”的一组变换 Lorentz transformation下是不变的，时空中的旋 转和平移是这类变换的特殊情形。
狭义相对论基础
狭义相对论基础
special relativity 狭义相对论的基本假设 同时性的相对性 运动时钟变慢和长度缩短 洛仑兹(时空和速度)变换 相对论性质量 相对论性动量和能量
数学上很 容易，观 念上不易 理解
Galileo
Newton
Maxwell
Lord Kelvin (William Thomson)(1824-1907)
即
m
d
u m
d
(u v)
dt
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m
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F m d dt2r2 , F md d2r2 t
FF
这说明牛顿力学中的运动方程在伽利略变换下基 本方程保持形式不变。
如：动量守恒定律
Sm 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 0 m 2 v 20
S
m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 0 m 2 v 20
二、Albert Einstein 的选择
由牛顿时空观出发，已知在伽利略变换下，一 切力学规律对所有的惯性系都有相同的形式，但电 磁学却不服从伽利略相对性原理。
从逻辑上说，对同一种变换，力学规律有相同的 形式，而电磁学规律的形式却不相同，这是不可思 义的。这个矛盾的存在有两种可能性：一种可能性 是Maxwell给出的电磁学理论并不正确，而Galilean transformation是正确的；另一种可能性是Maxwell theory 是正确的，但力学规律在高速（v→c）情况 下并不正确，Galilean transformation在高速情况 下，也不正确，应存在一种新的变换，
Albert Einstein所建立的相对论，就是在下列 思想基础之上的，即时空具有更深刻地均匀性， 自然定律在时空的四维“空间”的一组变换 Lorentz transformation下是不变的，时空中的旋 转和平移是这类变换的特殊情形。
第十九章狭义相对论基础
第十九章 狭义相对论基础§15-1相对论运动学【基本内容】一、洛仑兹变换1、伽利略变换和经典力学时空观（1）力学相对性原理：一切惯性系，对力学定律都是等价的。
理解：该原理仅指出：力学定律在一切惯性系中，具有完全相同的形式。
对其它运动形式（电磁运动、光的运动）并未说明。
（2）伽利略变换分别在两惯性系S 和S '系中对同一质点的运动状态进行观察，P 点的坐标为：),,(:),,,(:z y x S z y x S ''''S 系中： S '系中t t t u x x '='+'=tt utx x ='-='上式S 与S '的坐标变换关系叫伽利略坐标变换。
（3）经典力学时空观在伽利略变换下：（1）时间间隔是不变量t t '∆=∆。
（2）空间间隔是不变量r r ∆='∆。
在任何惯性系中，测量同一事件发生的时间间隔和空间间隔，测量结果相同。
经典力学时空观： 时间和空间是彼此独立，互不相关的，且独立于物质的运动之外的东西。
2、洛仑兹变换 （1）爱因斯坦假设相对性原理：物理学定律与惯性系的选择无关，一切惯性系都是等价的。
光速不变原理：一切惯性系中，真空中的光速都是c 。
（2）洛仑兹变换在两惯性系S 和S '下中，观察同一事件的时空坐标分别为：),,(:),,,(:z y x S z y x S ''''洛仑兹正变换：洛仑兹逆变换)()(2x c ut t t u x x '+'='+'=γγ)()(2x c u t t ut x x -='-='γγ其中22/1/1c u -=γ 或2/11γ-=c u二、狭义相对论的时空观1.一般讨论设有两事件A 和B ，其发生的时间和地点为：S 系中观测：S /系中观测：)(,A A x t A)(,B B x t B)(,A A x t A '' )(,B B x t B ''时间间隔： A B t t t -=∆A B t t t '-'='∆空间间隔：A B x x x -=∆A B x x x '-'='∆目的：寻求的关系与和与x x t t '∆∆'∆∆ 方法：由洛仑变换和逆变换可得其关系。
第十九章狭义相对论基础之一
☆ 迈克尔逊—莫雷实验； ☆ 黑体辐射； ☆ 光电效应； ☆ 康普顿效应； ☆ 原子光谱等。
相 对 论
2024/8/4
经典物理学遇 到了极大的困难！
直到：
1900年普郎克提出能量子假设； 1905年爱因斯坦提出相对论和光子假设； 1913年玻尔提出氢原子半经典理论； 1924年德布罗意提出实物粒子和光一样具
2024/8/4
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
在一个孤立系统内（如一条封闭的船舱 里），人们不能根据所发生的任何力学现象来 判断所处系统是静止的还是作匀速直线运动。
如：在静止的船上你能跳三米远，在匀速 运动的船上也能跳三米远。无论你是向着船头、 还是向着船尾跳，尽管你在空中时船仍在运动。
水在静止的船上竖直下落，在匀速运动的 船上也同样竖直下落，尽管水在空中时船仍在 运动，水决不会有一滴落到容器之外。
( x2 ut x1 ut)2 ( y2 y1 )2 (z2 z1 )2
( x2 x1 )2 ( y2 y1 )2 (z2 z1 )2 l 一切惯性系中测得的长度都是相同的，即空 间是绝对的，与参照系无关。
2024/8/4
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
因为测量在每个参照系中都是同时进行的， 按伽利略变换有：
2.掌握洛仑兹变换，理解同时的相对性、长度收 缩、时间膨胀的概念
3.理解质量和能量的关系，并能用以分析计算有 关的简单问题
相 对 论
2024/8/4
十九世纪末物理学已经发展成为一套相当 完整的理论：
力
学：牛顿力学；
电磁学、光学：麦克斯韦电磁场理论；
热
学：热力学和统计物理学。
狭义相对论力学基础-PPT文档资料
爱因斯坦: Einstein。 现代时空的创始人。
创立了狭义相对论、
广义相对论； 帮助创立了量子力学。 最伟大的物理学家。 马克思、弗洛伊德、爱因斯坦 －－人类现代最伟大的思想家。
主要内容： 狭义相对论的基本假设 同时性的相对性
洛仑兹变换式
运动时钟变慢和长度缩短
洛仑兹速度变换
相对论性质量和动量
相对论性能量
§12.2 狭义相对论基本原理
不可思议！！！
☆ 超新星爆发
1731年英国天文爱好者在南方天空发现“蟹状星云”。 后来观测表明： 这只螃蟹在膨胀，膨胀速率为每年0.21’’。 到1920年，它的半径达到180’’。 推算一下，其开始膨胀的时刻应是在860年前， 即公元1060年左右。 人们相信：蟹状星云是在900年前的一次超新星爆发 中抛射出来的气体壳层。 宋朝《宋要会》记载： 嘉佑元年(1056年)三月，司天监言，客星没， 客去之兆也。初，至元和元年(1054年）五月晨出 东方，守天关。昼见如太白，芒角四出，色赤白， 凡见二十三日。
x x ut x y y y z z z
t t
x u t y z t t
y S y S
oo
P r r
u
x x
速度变换与加速度变换
正
v x v x u v y v y v z v z
x a du a x a x u dt a y a y a y 是恒量 a z a z a z
a y a y a z a z
两个都是 惯性系
a a
x y
逆
v x v x u a a du x x d t v y v y v z v z
狭义相对论基础 ppt课件
x2 y2 z2 x2 y2 z2
长度（或两个同时事件之间的距离）与参考系的选择 无关。物体的广延性不受其运动状态的影响。
表明：绝对空间，按其本性，不受外界事物的影响， 总是保持不变并且不可移动。
ppt课件
17
3. 伽利略变换
当 t t 0时 o 与 o重合
坐标变换式
s y s' y'
2） 时空不独立，t 和 x 变换相互交叉。
3） u c 时，洛伦兹变换
伽利略变换。
洛仑兹 变换
x x ut
y y z z
t t x
c
0 1
退化
ppt课件
x x ut y y z z t t
伽利略 变换
40
导出洛伦兹变换后，狭义相对性原理可以表述为： 表示物理定律的方程式在洛伦兹变换和物理量的相应 变换下保持形式不变。
u c2
x) (t
c
x)
t (t u x) (t x)
c2
ppt课件
c
38
洛伦兹变换式
x (x ut)
x (x ut)
正 y y
变 换
z z
t
(t
u c2
x)
逆 y y
变 换
z z
t
(t
u c2
x)
ppt课件
39
洛伦兹变换特点
1 , u
பைடு நூலகம்
1 2
c
1） t, x 与 t，x 成线性关系，但比例系数 1 。
vz vz
vz vz
加速度变换公式
ax ax ay ay az az
牛顿力学中： 相互作用是客观的 力与参考系无关
长度（或两个同时事件之间的距离）与参考系的选择 无关。物体的广延性不受其运动状态的影响。
表明：绝对空间，按其本性，不受外界事物的影响， 总是保持不变并且不可移动。
ppt课件
17
3. 伽利略变换
当 t t 0时 o 与 o重合
坐标变换式
s y s' y'
2） 时空不独立，t 和 x 变换相互交叉。
3） u c 时，洛伦兹变换
伽利略变换。
洛仑兹 变换
x x ut
y y z z
t t x
c
0 1
退化
ppt课件
x x ut y y z z t t
伽利略 变换
40
导出洛伦兹变换后，狭义相对性原理可以表述为： 表示物理定律的方程式在洛伦兹变换和物理量的相应 变换下保持形式不变。
u c2
x) (t
c
x)
t (t u x) (t x)
c2
ppt课件
c
38
洛伦兹变换式
x (x ut)
x (x ut)
正 y y
变 换
z z
t
(t
u c2
x)
逆 y y
变 换
z z
t
(t
u c2
x)
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39
洛伦兹变换特点
1 , u
பைடு நூலகம்
1 2
c
1） t, x 与 t，x 成线性关系，但比例系数 1 。
vz vz
vz vz
加速度变换公式
ax ax ay ay az az
牛顿力学中： 相互作用是客观的 力与参考系无关
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2020/1/8
教学基本要求
1.了解产生背景，理解其基本原理，理解牛顿力 学时空观和狭义相对论时空观及二者的关系
2.掌握洛仑兹变换，理解同时的相对性、长度收 缩、时间膨胀的概念
3.理解质量和能量的关系，并能用以分析计算有 关的简单问题
相 对 论
2020/1/8
十九世纪末物理学已经发展成为一套相当 完整的理论：
直到：
1900年普郎克提出能量子假设； 1905年爱因斯坦提出相对论和光子假设； 1913年玻尔提出氢原子半经典理论； 1924年德布罗意提出实物粒子和子力学的建 立，困难才得到圆满的解释。
相 对 论
相对论和量子力学是近代物理学的两大支柱， 也是许多基础科学和工程科学的基础。
可见在两个参照系中时间和时间间隔也是相 同的，即时间是绝对的，时间间隔也是绝对的， 与参照系无关。
结论：经典力学的时间和空间都是绝对的， 它们互不相关、相互独立——绝对时空观。
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
2020/1/8
三、力学的相对性原理
在牛顿力学中力与参考系无关：FF
质量与运动无关： mm
y y'
S系
S'系
O O' z z'
l
u
x x'
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
在S系中测得：
l(x 2 x 1 )2 (y 2 y 1 )2 (z 2 z 1 )2
在S'系中测得： l (x2 x1)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2
(x2 ut x1 ut)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2
2020/1/8
§19 - 2 迈克尔逊 - 莫雷实验
一、经典时空观的局限
迈
运动的火车上 发出两束光，光相
相 对
克 尔 逊、
本篇主要介绍狭义相对论和量子力学简介。 相对论分为狭义相对论和广义相对论 局限于惯性参照系的相对论称为狭义相对论， 推广到一般参照系包括引力场在内的相对论称为 广义相对论。
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
§19 –1 伽利略变换、经典力学时空观、 力学相对性原理
一、伽利略变换 在参考系中发生的一个物理事件要用四个坐标
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
在一个孤立系统内（如一条封闭的船舱 里），人们不能根据所发生的任何力学现象来 判断所处系统是静止的还是作匀速直线运动。
如：在静止的船上你能跳三米远，在匀速 运动的船上也能跳三米远。无论你是向着船头、 还是向着船尾跳，尽管你在空中时船仍在运动。
水在静止的船上竖直下落，在匀速运动的 船上也同样竖直下落，尽管水在空中时船仍在 运动，水决不会有一滴落到容器之外。
（x、y、z、t ）来描述。 物理事件在两个参考系中来描述： 在S系中用： （x、y、z、t ）
在S'系中用： （x' 、y' 、z' 、t' ）
设S系和S'系都是惯性参照系，且： S'系相对于S系沿x轴以速度 u 运动， 开始时坐标原点 O 和 O ' 重合。
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
rryS' '系（P（x'，xu，y'，y，z'z，，tt'））
O'
x x'
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
2020/1/8
伽利略变换的矢量形式表为：
r
r
ut
或
r
r
ut
t t
t t
二、经典力学时空观
棒长为 l ，静止放在S系中，分别在S系和S'系 中测量其长度：
空
观
2020/1/8
S系和S'系中的时间和空间有什么关系？
S'系中（x' 、y' 、z' 、t' ）：
x x ut y y
——伽利略变换
z z
t t
S系中（x、y、z、t ）： ——伽利略逆变换
x x ut y y z z
y
S系 O
z z'
t t
(x2 x1)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2 l 一切惯性系中测得的长度都是相同的，即空 间是绝对的，与参照系无关。
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
因为测量在每个参照系中都是同时进行的， 按伽利略变换有：
t1 t1 t2 t2 t2 t1 t2 t1
力
学：牛顿力学；
电磁学、光学：麦克斯韦电磁场理论；
热
学：热力学和统计物理学。
但十九世纪末二十世纪初，却发现许多新的 实验事实不能用这套经典物理学来解释：
☆ 迈克尔逊—莫雷实验； ☆ 黑体辐射； ☆ 光电效应； ☆ 康普顿效应； ☆ 原子光谱等。
相 对 论
2020/1/8
经典物理学遇 到了极大的困难！
若S和S'系都是惯性系，牛顿定理应该有： F ma Fma
由 伽d利v 略变d换v v 相 a 对 v 绝 a 对 v 牵 连 dt dt
即：牛顿第二定律在惯性系S系和惯性系S' 系中具有相同的形式，或者说牛顿第二定律在伽
利略变换下形式不变。
2020/1/8
第第
第
二二
十
十十
九
一章
章
章光
狭
原的
义
子量
相
的子 量性
第五篇
对 论
子
基
理
础
论
近代物理学基础
第十九章 狭义相对论基础
§19-1 伽利略变换 经典力学的时空观 §19-2 麦克尔逊-莫雷实验 §19-3 爱因斯坦假设 洛仑兹变换 §19-4 狭义相对论的时空观 §19-5 洛仑兹速度变换法则 §19-6 相对论动力学基础
空
观
结论：牛顿定律在惯性系S系和惯性系S' 系中具有相同的形式，或者说牛顿定律在伽利 略变换下形式不变。
由牛顿定律推导出来的其它力学定律也必 然在所有惯性系中都具有相同的形式。 即在所 有惯性系中力学定律都具有相同的形式，或者 说在伽利略变换下形式不变。
所以在任何惯性系中力学定律都具有相同 的形式——力学的相对性原理。
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
牛顿定律适用的参照系称为惯性系，凡是
对已知惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯
性系。
甲看：物体静止不动
甲
N
满足 F0
乙看：物体作匀速直
线运动也满足
F0
地面
mg
乙
u
牛顿第一定律和第三定律在所有惯性系中
都具有相同的形式。
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
教学基本要求
1.了解产生背景，理解其基本原理，理解牛顿力 学时空观和狭义相对论时空观及二者的关系
2.掌握洛仑兹变换，理解同时的相对性、长度收 缩、时间膨胀的概念
3.理解质量和能量的关系，并能用以分析计算有 关的简单问题
相 对 论
2020/1/8
十九世纪末物理学已经发展成为一套相当 完整的理论：
直到：
1900年普郎克提出能量子假设； 1905年爱因斯坦提出相对论和光子假设； 1913年玻尔提出氢原子半经典理论； 1924年德布罗意提出实物粒子和子力学的建 立，困难才得到圆满的解释。
相 对 论
相对论和量子力学是近代物理学的两大支柱， 也是许多基础科学和工程科学的基础。
可见在两个参照系中时间和时间间隔也是相 同的，即时间是绝对的，时间间隔也是绝对的， 与参照系无关。
结论：经典力学的时间和空间都是绝对的， 它们互不相关、相互独立——绝对时空观。
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
2020/1/8
三、力学的相对性原理
在牛顿力学中力与参考系无关：FF
质量与运动无关： mm
y y'
S系
S'系
O O' z z'
l
u
x x'
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
在S系中测得：
l(x 2 x 1 )2 (y 2 y 1 )2 (z 2 z 1 )2
在S'系中测得： l (x2 x1)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2
(x2 ut x1 ut)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2
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§19 - 2 迈克尔逊 - 莫雷实验
一、经典时空观的局限
迈
运动的火车上 发出两束光，光相
相 对
克 尔 逊、
本篇主要介绍狭义相对论和量子力学简介。 相对论分为狭义相对论和广义相对论 局限于惯性参照系的相对论称为狭义相对论， 推广到一般参照系包括引力场在内的相对论称为 广义相对论。
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
§19 –1 伽利略变换、经典力学时空观、 力学相对性原理
一、伽利略变换 在参考系中发生的一个物理事件要用四个坐标
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
在一个孤立系统内（如一条封闭的船舱 里），人们不能根据所发生的任何力学现象来 判断所处系统是静止的还是作匀速直线运动。
如：在静止的船上你能跳三米远，在匀速 运动的船上也能跳三米远。无论你是向着船头、 还是向着船尾跳，尽管你在空中时船仍在运动。
水在静止的船上竖直下落，在匀速运动的 船上也同样竖直下落，尽管水在空中时船仍在 运动，水决不会有一滴落到容器之外。
（x、y、z、t ）来描述。 物理事件在两个参考系中来描述： 在S系中用： （x、y、z、t ）
在S'系中用： （x' 、y' 、z' 、t' ）
设S系和S'系都是惯性参照系，且： S'系相对于S系沿x轴以速度 u 运动， 开始时坐标原点 O 和 O ' 重合。
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经
相 对
典 力 学
论时
rryS' '系（P（x'，xu，y'，y，z'z，，tt'））
O'
x x'
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
2020/1/8
伽利略变换的矢量形式表为：
r
r
ut
或
r
r
ut
t t
t t
二、经典力学时空观
棒长为 l ，静止放在S系中，分别在S系和S'系 中测量其长度：
空
观
2020/1/8
S系和S'系中的时间和空间有什么关系？
S'系中（x' 、y' 、z' 、t' ）：
x x ut y y
——伽利略变换
z z
t t
S系中（x、y、z、t ）： ——伽利略逆变换
x x ut y y z z
y
S系 O
z z'
t t
(x2 x1)2 ( y2 y1)2 (z2 z1)2 l 一切惯性系中测得的长度都是相同的，即空 间是绝对的，与参照系无关。
2020/1/8
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
因为测量在每个参照系中都是同时进行的， 按伽利略变换有：
t1 t1 t2 t2 t2 t1 t2 t1
力
学：牛顿力学；
电磁学、光学：麦克斯韦电磁场理论；
热
学：热力学和统计物理学。
但十九世纪末二十世纪初，却发现许多新的 实验事实不能用这套经典物理学来解释：
☆ 迈克尔逊—莫雷实验； ☆ 黑体辐射； ☆ 光电效应； ☆ 康普顿效应； ☆ 原子光谱等。
相 对 论
2020/1/8
经典物理学遇 到了极大的困难！
若S和S'系都是惯性系，牛顿定理应该有： F ma Fma
由 伽d利v 略变d换v v 相 a 对 v 绝 a 对 v 牵 连 dt dt
即：牛顿第二定律在惯性系S系和惯性系S' 系中具有相同的形式，或者说牛顿第二定律在伽
利略变换下形式不变。
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第第
第
二二
十
十十
九
一章
章
章光
狭
原的
义
子量
相
的子 量性
第五篇
对 论
子
基
理
础
论
近代物理学基础
第十九章 狭义相对论基础
§19-1 伽利略变换 经典力学的时空观 §19-2 麦克尔逊-莫雷实验 §19-3 爱因斯坦假设 洛仑兹变换 §19-4 狭义相对论的时空观 §19-5 洛仑兹速度变换法则 §19-6 相对论动力学基础
空
观
结论：牛顿定律在惯性系S系和惯性系S' 系中具有相同的形式，或者说牛顿定律在伽利 略变换下形式不变。
由牛顿定律推导出来的其它力学定律也必 然在所有惯性系中都具有相同的形式。 即在所 有惯性系中力学定律都具有相同的形式，或者 说在伽利略变换下形式不变。
所以在任何惯性系中力学定律都具有相同 的形式——力学的相对性原理。
经
相 对
典 力 学
论时
空
观
牛顿定律适用的参照系称为惯性系，凡是
对已知惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯
性系。
甲看：物体静止不动
甲
N
满足 F0
乙看：物体作匀速直
线运动也满足
F0
地面
mg
乙
u
牛顿第一定律和第三定律在所有惯性系中
都具有相同的形式。
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经
相 对
典 力 学
论时