第一章5狭义相对论基础PPT课件
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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
狭义相对论讲义课件
光速不变原理在现代物理学中有着广泛的应用，如量子力学 、广义相对论等。同时，它也是现代通信技术、激光技术等 领域的基础之一。
04
狭义相对论的时空观
同时性的相对性
01
同时性的相对性是狭义相对论 中的一个基本概念，指的是观 察者在不同参考系中观察到的 事件发生顺序可能会不同。
02
在相对论中，两个事件在不同 的参考系中同时发生，并不意 味着它们在所有参考系中都是 同时发生的。
狭义相对论的基本原理
相对性原理
物理规律在所有惯性参考系中形 式都保持不变。
光速不变原理
光在真空中的速度在所有惯性参 考系中都是相同的，约为每秒 299,792,458米。
02
洛伦兹变换
洛伦兹变换的定义
洛伦兹变换是用来描述不同惯性参考系之间坐 标和时间的变换。
在狭义相对论中，所有惯性参考系都是等价的 ，因此可以通过洛伦兹变换将一个惯性参考系 中的事件变换到另一个惯性参考系中。
3
通过洛伦兹变换，我们可以更好地理解狭义相对 论中的基本原理和概念，从而更深入地了解这个 理论。
03
光速不变原理
光速不变原理的表述
光速不变原理是狭义相对论的基本假设之一，它指出在任何惯性参考系中，真空 中光的传播速度都是恒定不变的，约为每秒299,792,458米。
光速不变原理可以表述为：无论观察者的运动状态如何，光的速度在真空中总是 相同的。
狭义相对论的质量和能量 质量与能量的关系
质量和能量是等价的：在狭义相对论中，质量和能量被视 为同一事物的两个方面，它们之间可以相互转换。
核能释放：核反应过程中，原子核中的质量会转化为能量 释放出来。
质能方程E=mc²：该方程表达了质量和能量之间的关系 ，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。
04
狭义相对论的时空观
同时性的相对性
01
同时性的相对性是狭义相对论 中的一个基本概念，指的是观 察者在不同参考系中观察到的 事件发生顺序可能会不同。
02
在相对论中，两个事件在不同 的参考系中同时发生，并不意 味着它们在所有参考系中都是 同时发生的。
狭义相对论的基本原理
相对性原理
物理规律在所有惯性参考系中形 式都保持不变。
光速不变原理
光在真空中的速度在所有惯性参 考系中都是相同的，约为每秒 299,792,458米。
02
洛伦兹变换
洛伦兹变换的定义
洛伦兹变换是用来描述不同惯性参考系之间坐 标和时间的变换。
在狭义相对论中，所有惯性参考系都是等价的 ，因此可以通过洛伦兹变换将一个惯性参考系 中的事件变换到另一个惯性参考系中。
3
通过洛伦兹变换，我们可以更好地理解狭义相对 论中的基本原理和概念，从而更深入地了解这个 理论。
03
光速不变原理
光速不变原理的表述
光速不变原理是狭义相对论的基本假设之一，它指出在任何惯性参考系中，真空 中光的传播速度都是恒定不变的，约为每秒299,792,458米。
光速不变原理可以表述为：无论观察者的运动状态如何，光的速度在真空中总是 相同的。
狭义相对论的质量和能量 质量与能量的关系
质量和能量是等价的：在狭义相对论中，质量和能量被视 为同一事物的两个方面，它们之间可以相互转换。
核能释放：核反应过程中，原子核中的质量会转化为能量 释放出来。
质能方程E=mc²：该方程表达了质量和能量之间的关系 ，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。
大学物理狭义相对论基础全部内容ppt课件
c29979214 .25m 8s-1
.
33
▲ 揭示出真空的对称性质：对于光的传播而言， 真空各向同性，所有惯性系彼此等价。
▲ c 是自然界的极限速率
1962年 贝托齐实验
贝托齐实验结果
速率极限：指能量和信息传播速率的极限。
.
34
二.洛仑兹变换
1.坐标变换
S系P x,y,z,t 寻找 对同一客观事件 P，
行星的自转或公转；单摆；晶体振动；分子、原 子能级跃迁辐射……
国际单位：“秒”
与铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应的 辐射周期的9192631700倍（精确度 1012~1013）
校钟操作：
O
A
B
l
l
.
14
由此在一个惯性系中的不同地点建立统一的时间坐标：
y
对不同惯性系
伽利略变换中我们默认了
S系 P x ,y ,z,t
两个惯性系中相应的 坐标值之间的关系。
S系
y
o z
S 系
y
up
o z
当 tt时0 ，
由 o( o发出)光信号，
x 光信号到达 P ：
x
S: P(x, y,z,t)
S: P(x, y,z,t)
.
35
S y S y′
u • P (x, y, z,t)
在 S, S中，
r
r P(x,y,z,t) 真空中光速均为 c
以分子运动为基础的微观理论(统计物理学)
.
4
物理学家感到自豪而满足，两个事例：
在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要 做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据的 小数点后面添加几位有效数字而已。
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
狭义相对论基础 PPT
与 Ox方向成45 角。问: ⑴ S系中的观察者测得尺
的长度是多少？ ⑵ S’系相关于 S 系的速度是多少
？ 解: 依题意知 S’ 系: l 1 m
y y
u
30
lx l cos 30 ly l sin30
O O
x x
z z
S 系:
lx l cos45 l y l sin45
⑴ l y ly l sin45 lsin30
v x , v y , vz 与 vx , vy , vz
由洛伦兹坐标变换
x ( x ut)
微分得
t
(t
u c2
x)
dx vx
(dx
dx dt
udt)
dx udt u
dt c2 dx
dt dx
dt
(dt u
u c2
vx
u dx
1 c2 dt 1
x)
t
(t
u c2
x)
5、 自然界中任何物体的速度都不能大于光速
当 u > c 时， 换失去意义。
1
u2 c2
1 2
成为虚数，洛伦兹变
§19-4 狭义相对论的时空观
一、 同时的相对性 在一个惯性系中观察是同时发生的两事件,在
另一个惯性系中观察不一定是同时发生的。
事件1：闪光 到达车尾
y’
y
车中观察者：同时到达
l lsin30 sin45 0.707m
⑵在Ox方向上,由长度收缩效应有
l x 1lx
lx l x
l cos45 l cos 30
sin30 cos45 sin45 cos30
1 3
u2 1
1 c2 3
《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
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”
狭义相对论实验基础PPT模板
68%
饱和吸收效应
3.2.3穆斯堡尔效应实验
44%
3.2.2原子核俘获反应
21%
中的γ射线发射
3.2.1氢的极隧射线
实验
15%
（一）穆斯堡尔效应对温度的依赖性 （二）横向二阶多普勒移动
第三章时间膨胀效应
§3.3飞行介子的寿命增长
3.3.1宇宙线中的μ 介子
3.3.2测量宇宙线μ 介子寿命
3.3.3测量加速器产 生的介子的寿命
第一章狭 义相对论 基础
§1.2迴路光速不变的狭义相对论
05
第二章光速不变原 理实验
§2.1光速不变性实验
2.1.1闭合光路实验 （一）迈克尔逊-莫雷型实验
（二）迴路干涉仪实验 （三）Kennedy-Thorndike实验 2.1.2“单向”光路实验
（一）两梅塞实验 （二）转动圆盘的穆斯堡尔效应实验 （三）两莱塞实验
狭义相对论实验基础
演讲人 202X-11-11
01
序
序
02
前言
前言
03
目录
目录
04
第一章狭义相对论 基础
§1.1爱因斯 坦狭义相对
论
1.1.1狭义相对论的主要内容 （一）无穷小洛伦兹变换
（二）爱因斯坦速度相加定律 （三）长度收缩 （四）时间膨胀（延缓） （五）多普勒频移效应 （六）相对论力学 （七）光子的静质量 1.1.2狭义相对论实验的主要类型
4.3.2横向“牵引” 实验
4.3.3环路莱塞实验
08
第五章相对论力学 实验
第五章相对论力学实验
• §5.1质量对速度的依赖关系 • 5.1.1荷电粒子的磁偏转 • 5.1.2静电磁偏转法 • 5.1.3迴旋加速器的运转 • 5.1.4其他实验 • 5.1.5测量飞行时间 • 5.1.6弹性碰撞 • 5.1.7原子光谱的精细结构 • 5.1.8小结 • §5.2质能关系
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
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。
第一章狭义相对论基础精品PPT课件
电磁波(光)传播的媒质是 以太,以太静止在绝对空间.
§2 迈克耳孙—莫雷实验
一.问题的提出
光相对以太的传播速度为c, 若有其它惯性系相对绝对空
•是否有一个与绝对空间相对 间运动,则相对此惯性系的
静止的参考系？
速度将不是c.
•如果有,如何判断它的存在?
•显然力学原理不能找出这 个特殊的惯性系,那么电磁 学现象呢?
y y S S
两者重合.
说,都遵从同样的规律;或者
y y
说,在研究力学规律时,一切 惯性系都是等价的.——力 学相对性原理.
二.伽利略变换式
v
vt
O O
•P
x
x
z z
x x
力学相对性原理的数学表述. z z
考虑两个惯性参考系S(Oxyz)
S相对S系以v沿x轴运动 和S(Oxyz), 它们的对应坐
点P在两坐标系中的关系为: 标轴相互平行, 且S系相对
换言之,绝对静止的参考 系是不存在的.
§3.狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式
x x vt
y y
z
z
或
t t
x x vt
y y
z
z
t t
——伽利略速度变换.
其矢量形式为: u= u + v
上式再对时间求导:
a a
x y
a a
x y
a z a z
其矢量形式为:
a = a
物体的加速度对伽利略 变换是不变的.
即牛顿定律对S系和S 系有相同的形式.
x x vt
y
y
z z
S系以速度沿Ox轴的正方向 运动.开始时,两惯性系重合.
伽利略位置坐标变换 t=0时，
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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。
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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
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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
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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
《狭义相对论》课件
原子能级移动
总结词
狭义相对论预测了原子能级的移动，即原子能级的位 置会因为观察者的参考系而有所不同。
详细描述
根据狭义相对论，原子能级的位置会因为观察者的参 考系而有所不同。这是因为狭义相对论引入了新的物 理概念，如时间和空间的相对性，这导致了原子能级 位置的变化。这种现象被称为原子能级移动。
06
狭义相对论的背景和历史
狭义相对论的产生背景是19世纪末物 理学界出现的一系列实验结果，这些 结果无法用经典物理学解释，如迈克 尔逊-莫雷实验和洛伦兹收缩实验。
狭义相对论的提出者爱因斯坦在1905 年提出了特殊相对论，这是狭义相对 论的早期形式。在特殊相对论中，爱 因斯坦解释了时间和空间并不是绝对 的，而是相对的，并且提出了著名的 质能等价公式E=mc^2。
狭义相对论不仅在物理学领域产生了深远影响，还对哲学 、数学等相关学科产生了影响，促进了跨学科的交流与融 合。
THANKS
感谢观看
这与经典物理学中的绝对时空观念相矛盾，因为在经典物理 学中，时间和空间是绝对的，物理定律在不同的参照系中会 有所不同。
光速是恒定的，与观察者的参考系无关
这一假设表明光在真空中的速度对于 所有观察者都是一样的，无论观察者 的运动状态如何。这是狭义相对论中 最基本、最重要的假设之一。
这个假设与经典物理学中的光速可变 观念相矛盾，因为在经典物理学中， 光速会随着观察者的参考系而有所不 同。
03
时间膨胀和长度收缩
时间膨胀
总结词
时间膨胀是狭义相对论中的一个重要概念，指在高速运动的参考系中，时间相对于静止参考系会变慢 。
详细描述
根据狭义相对论，当物体以接近光速运动时，其内部的时间会相对于静止参考系减慢，这种现象被称 为时间膨胀。这是由于在高速运动状态下，物体的时间进程受到相对论效应的影响。
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本节小结： 牛顿力学的基本观点（基本假设）： ➢力学相对性原理（牛顿相对性原理）; ➢牛顿的绝对时空观（概念）；
➢伽利略变换；
三者之间互相依赖、互为前提： ➢绝对时空概念是伽利略变换的基础。 ➢伽利略变换保证了力学相对性原理的实现—— 经典力学规律在不同惯性系中具有相同的形式。
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海南大学－大学物理电子教案
牛顿的绝对时空观（概念） 事件所经历的时间间隔与参照系的选择无关； 空间两点间的距离与参照系的选择无关； 时间与空间之间没有任何联系。
牛顿说：“绝对的、真正的和数学的时间自身
在流逝着，而且由于其本性，在均匀地、与任何其 他外界事物无关地流逝着”；
“绝对空间就其本质而言，是与任何外界事物 无关、而且是永远相同和不动的。”——绝对时空 观 absolute space-time view
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近代物理学 现代科学技术的两块理论基石
量子力学 揭示了微观世界的基本规律，使人们对自然
界的认识产生了一个飞跃，为原子物理、固体 物理和粒子物理学的发展奠定了理论基础。
相对论给出了高速运动物体的力学规律，建立
了新的时空观，揭露了质量和能量的内在联系。
相对论已成为现代物理学及现代工程技术不可
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•只要运动是匀速的，你就无法从其中任何一个
现象来确定船是在运动还是停着不动．
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★ 你跳向船尾也不会比跳向船头来得远, 虽然你跳在 空中时, 脚下的船底板向着你跳的反方向移动.
★水滴将象 先前一样, 滴进下面的 罐子,一滴也 不会滴向船 尾, 虽然水 滴在空中时, 船已行驶了 相当距离.
1 牛顿相对性原理和伽利略变换
牛顿力学的基本观点（基本假设）可归纳为以下几点： 力学相对性原理（牛顿相对性原理、伽利略不变性） 在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的。
即在所有惯性系中： •经典力学的基本方程都具有相同的数学形式； •同一力学现象将按同样的形势发生和演变； •任何力学实验都不能确定该惯性系是静止的还 是作匀速直线运动；
4、牛顿定律具有伽利略变换不变性
惯性系S
惯性系 S
Fma
F m a
Fma Fma
力与参考系无关
在牛顿力学中
质量与运动无关
加速度具有伽利略 变换下的不变性
F F
m m
a a'
牛顿力学规律（包括动量守恒定律、机械能 守恒定律等）在伽利略变换下形式不变。
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3
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1905年创建的狭义相对论和1916年创建的广义 相对论是爱因斯坦的最重要的科学研究成果，而 1921年的诺贝尔物理学奖则是由于他提出了光的量 子概念和发现了光电效应定律而获得的。
➢相对论“奇妙”的现象：
长度、时间、质量与参考系有关
“同时” 是相对的 运动时钟变慢 运动的尺变短 质量与速度有关
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2 爱因斯坦相对性原理和光速不变性
狭义相对论产生的背景 经典物理的成就 经典物理：伽利略时期～19世纪末 经过300年发展，到达全盛的“黄金时代”
形成三大理论体系 1. 机械运动: 以牛顿定律和万有引力定律为基础的
经典力学。 2. 电磁运动: 以麦克斯韦方程组为基础的经典电磁学。 3. 热运动：以热力学三定律为基础的热力学宏观理论、
质量与能量不可分
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第一章 狭义相对论基础
1 牛顿相对性原理和伽利略变换 2 爱因斯坦相对性原理和光速不变性 3 同时性的相对性和时间延缓 4 长度收缩 5 相对论质量 6 相对论动能 7 相对论能量
2004级土木工程专业5Βιβλιοθήκη 海南大学－大学物理电子教案
伽利略变换
(Galilean transformation)
t t
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3、速度变换与加速度变换 两个都是惯性系，u 是恒量
x x ut y y z z t t
v x' v x u
v
' y
vy
v
' z
vz
a x a x a y a y a z a z
显然，绝对时空观符合人们日常的经验和习惯。
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伽利略变换(Galilean transformation)
在两个惯性系中考察同一物理事件
1 、 坐标系的建立
设惯性系s 相对惯性系S 以速度u 作匀速直线运动
当 t t0时两坐
标系的原点O 与o
y
y'
缺少的理论基础。
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他象征了人类的智慧， 他给了人类财富。
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2
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爱因斯坦( A. Einstein )
爱因斯坦对于科学事业的伟大贡献是多方面 的。他的科学业绩主要包括四个方面：早期对布 朗运动的研究；狭义相对论的创建；推动量子力 学的发展；建立了广义相对论。
x x u t y y z z t t
v x v x' u
vy
v
' y
vz
v
' z
a x a x a y a y a z a z
在两个不同的惯性系中 a a
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结论：自不同的惯性系，所观测到的同一质点运动的加速度是
相同的，即物体的加速度具有伽利略变换下的不变性。
u
相重合。
o
o'
x'
x
S系 S ' 系
Z
z'
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2、实际观测
t 时刻在P点发 生任一事件
y
y'
o
o'
x'
u
P
(x, y ,z ,t )
x,y,z,t x
S系 S ' 系
Z
z'
x x ut
正
变y y 换z z
t t
x x u t
逆 变
y
y
换 z z
分子热运动为基础的统计物理学微观理论。
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物理学家感到自豪而满足，两个事例： 在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只
要做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据 的小数点后面添加几位有效数字而已。
——开尔芬（1899年除夕） 理论物理实际上已经完成了，所有的微分方程 都已经解出，青年人不值得选择一种将来不会有任 何发展的事去做。
➢伽利略变换；
三者之间互相依赖、互为前提： ➢绝对时空概念是伽利略变换的基础。 ➢伽利略变换保证了力学相对性原理的实现—— 经典力学规律在不同惯性系中具有相同的形式。
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牛顿的绝对时空观（概念） 事件所经历的时间间隔与参照系的选择无关； 空间两点间的距离与参照系的选择无关； 时间与空间之间没有任何联系。
牛顿说：“绝对的、真正的和数学的时间自身
在流逝着，而且由于其本性，在均匀地、与任何其 他外界事物无关地流逝着”；
“绝对空间就其本质而言，是与任何外界事物 无关、而且是永远相同和不动的。”——绝对时空 观 absolute space-time view
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近代物理学 现代科学技术的两块理论基石
量子力学 揭示了微观世界的基本规律，使人们对自然
界的认识产生了一个飞跃，为原子物理、固体 物理和粒子物理学的发展奠定了理论基础。
相对论给出了高速运动物体的力学规律，建立
了新的时空观，揭露了质量和能量的内在联系。
相对论已成为现代物理学及现代工程技术不可
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•只要运动是匀速的，你就无法从其中任何一个
现象来确定船是在运动还是停着不动．
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★ 你跳向船尾也不会比跳向船头来得远, 虽然你跳在 空中时, 脚下的船底板向着你跳的反方向移动.
★水滴将象 先前一样, 滴进下面的 罐子,一滴也 不会滴向船 尾, 虽然水 滴在空中时, 船已行驶了 相当距离.
1 牛顿相对性原理和伽利略变换
牛顿力学的基本观点（基本假设）可归纳为以下几点： 力学相对性原理（牛顿相对性原理、伽利略不变性） 在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的。
即在所有惯性系中： •经典力学的基本方程都具有相同的数学形式； •同一力学现象将按同样的形势发生和演变； •任何力学实验都不能确定该惯性系是静止的还 是作匀速直线运动；
4、牛顿定律具有伽利略变换不变性
惯性系S
惯性系 S
Fma
F m a
Fma Fma
力与参考系无关
在牛顿力学中
质量与运动无关
加速度具有伽利略 变换下的不变性
F F
m m
a a'
牛顿力学规律（包括动量守恒定律、机械能 守恒定律等）在伽利略变换下形式不变。
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1905年创建的狭义相对论和1916年创建的广义 相对论是爱因斯坦的最重要的科学研究成果，而 1921年的诺贝尔物理学奖则是由于他提出了光的量 子概念和发现了光电效应定律而获得的。
➢相对论“奇妙”的现象：
长度、时间、质量与参考系有关
“同时” 是相对的 运动时钟变慢 运动的尺变短 质量与速度有关
海南大学－大学物理电子教案
2 爱因斯坦相对性原理和光速不变性
狭义相对论产生的背景 经典物理的成就 经典物理：伽利略时期～19世纪末 经过300年发展，到达全盛的“黄金时代”
形成三大理论体系 1. 机械运动: 以牛顿定律和万有引力定律为基础的
经典力学。 2. 电磁运动: 以麦克斯韦方程组为基础的经典电磁学。 3. 热运动：以热力学三定律为基础的热力学宏观理论、
质量与能量不可分
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第一章 狭义相对论基础
1 牛顿相对性原理和伽利略变换 2 爱因斯坦相对性原理和光速不变性 3 同时性的相对性和时间延缓 4 长度收缩 5 相对论质量 6 相对论动能 7 相对论能量
2004级土木工程专业5Βιβλιοθήκη 海南大学－大学物理电子教案
伽利略变换
(Galilean transformation)
t t
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3、速度变换与加速度变换 两个都是惯性系，u 是恒量
x x ut y y z z t t
v x' v x u
v
' y
vy
v
' z
vz
a x a x a y a y a z a z
显然，绝对时空观符合人们日常的经验和习惯。
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在两个惯性系中考察同一物理事件
1 、 坐标系的建立
设惯性系s 相对惯性系S 以速度u 作匀速直线运动
当 t t0时两坐
标系的原点O 与o
y
y'
缺少的理论基础。
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他象征了人类的智慧， 他给了人类财富。
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爱因斯坦( A. Einstein )
爱因斯坦对于科学事业的伟大贡献是多方面 的。他的科学业绩主要包括四个方面：早期对布 朗运动的研究；狭义相对论的创建；推动量子力 学的发展；建立了广义相对论。
x x u t y y z z t t
v x v x' u
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v
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a x a x a y a y a z a z
在两个不同的惯性系中 a a
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结论：自不同的惯性系，所观测到的同一质点运动的加速度是
相同的，即物体的加速度具有伽利略变换下的不变性。
u
相重合。
o
o'
x'
x
S系 S ' 系
Z
z'
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2、实际观测
t 时刻在P点发 生任一事件
y
y'
o
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x'
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P
(x, y ,z ,t )
x,y,z,t x
S系 S ' 系
Z
z'
x x ut
正
变y y 换z z
t t
x x u t
逆 变
y
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换 z z
分子热运动为基础的统计物理学微观理论。
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物理学家感到自豪而满足，两个事例： 在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只
要做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据 的小数点后面添加几位有效数字而已。
——开尔芬（1899年除夕） 理论物理实际上已经完成了，所有的微分方程 都已经解出，青年人不值得选择一种将来不会有任 何发展的事去做。