2020年高中物理竞赛辅导课件★★A伽利略变换

伽利略相对性原理是普遍原理,应修改电磁理论使之符 合伽利略相对性原理及变换；
不必修改电磁理论,将伽利略相对性原理限制于低速领
域,另找一个新的能使电磁规律符合的变换。从而推广
伽利略相对性原理。 狭义相对论
新的时空观
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2. 两个基本原理
(1)爱因斯坦相对性原理 物理规律对所有惯性系都是一样的, 不存在任 何一个特殊的惯性系。
(2)光速不变原理
在任何惯性系中测量，光在真空中传播的速率 都相等。
c（299 792 458 1.2）ms1
1964-1966年,欧洲核子中心的实验直接验 证了光速不变的原理：
以0.99975c的高速飞行的 0介子,在飞行中
辐射光子,得到光子的实验室速度数值仍然是c .
由光速不变原理得出的结论之一：同时性的相对性
速 ux ux v
度 变
uy uy
再求导
o'
x
x´
x
(v 恒定)
a a
换 uz uz
1
y
y' v
S
F F, m m
y S´ vt
F ma F ma o
o'
x
x´
x
(v 恒定)
故经典力学认为：一切惯性系中的力学规律 都是相同的——力学相对性原理
(伽利略相对性原理)
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伽利略变换反映了牛顿力学的时空观
( x)2 ( y)2 (z)2
S S 空间间隔的测量与参照系无关
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牛顿的时空观：时间的量度和空间的量度都与参 考系无关，时间和空间无关，时 间、空间与物质的运动无关。
牛顿认为： “绝对空间，就其本性而言，与外界任何事物无 关，而永远是相同的和不动的。”
“绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着，并 由于它的本性而均匀地、与任一外界对象无关地 流逝着”。
第一篇 力学
第6章 狭义相对论
第6章 狭义相对论
Special Relativity
第1节 伽利略变换
Galilean Transformations
设 t0= t0=0 时, S 与S重合,
任意 t 时刻
y
y' v
坐 标
x x vt
y y
S
y S´
变 z z
vt
换 t t
o
( 经典的速度叠加原理 )
在 S' 系中观察 光到达A'和光到达 y
B'这两事件同时发生。
y' 设有如下思想实验
v
在 S系中观察
A'
光到达A'和光到达
B'这两事件不会同时
发生！！
O
M
B'
x' x
可见，两物理事件是否同时发生,不是绝对的,而是 依赖于参考系的选择,即必须相对于某参考系而言， 因而是相对的。
对不同参考系, 同样两事件之间的时间间隔不同。
伽利略变换的另一形式为
x x vt
x x vt y y
源自文库
y y
z z
z z
t t
t t 时间间隔的测量与参照系无关
对于空间中任意两点间的距离,在两个参考系
中的测量值分别是
S ( x)2 ( y)2 (z)2 tt 0
S ( x)2 ( y)2 (z)2 ( x)2 ( y)2 (z)2
即：时间度量是相对的, 这就是同时性的相对性。 7
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第2节 狭义相对论基本原理
Basic Postulates of Special Relativity 1. 伽利略变换在高速领域不成立
19世纪末, 大量实验表明,光速(电磁规律) 不服从伽利略变换！(如：迈克耳逊—莫雷实验)
矛盾如何解决？选择有三:
伽利略相对性原理不是普遍原理,不必推广到高速领域, 因而电磁规律可以不符合伽利略相对性原理及变换；