伽利略变换关系牛顿的绝对时空观
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态无关，即空间长度是绝对的。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
经典力学的绝对时空观：
绝对时间 时间和空间是绝对的、独立的、 绝对空间 与物质的存在和运动无关
三. 伽利略变换的困难
狭义相对论的诞生
Maxwell 电磁场方程组不服从伽利略变换
c 1/ 00 2.998108 m s
牛顿力学 麦克斯韦电磁场理论 热力学与经典统计理论
19世纪后期，经典物理 学的三大理论体系使经 典物理学已趋于成熟。
两朵小乌云 迈克耳逊—莫雷“以太漂移”实验 黑体辐射实验
强调
狭义相对论 量子力学
近代物理学的两大 支柱，逐步建立了 新的物理理论。
近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。 近代物理不是对经典理论的简单否定。
爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英 国诗人波谱歌颂牛顿的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
分别在S,S’系中测量同一 物体（细棒）的长度：
在两惯性系中，测得细棒 两端点坐标分别为
( x1, x2 ), ( x '1, x '2 )
根据伽利略变换，有
s
y
s'
y' v
L '
x'1
x'2 x'
o
z
o'
z'
x1
x2 x
x '1 x1 vt, x '2 x2 vt
两式相减得 x2 x1 x '2 x '1
观地看问题。 相对性问题的核心是：
物理规律是客观存在的，与参考系无关。 即参考系平权 ，没有特殊的参考系。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的wenku.baidu.com难
一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理
伽利略变换
y y'
s S’相对于S的速度
当 t t' 0 时
s' v
P(x, y, z)
*
o 与 o'重合
a'x ax
a'y ay
F
ma
a a'
F ma '
在两相互作匀速直线运动的惯性
a'z az 系中，牛顿运动定律具有相同的形式.
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
注意
牛顿力学的相对性原理 （1）只在宏观、低速的范围成立
（2）与经典力学的绝对时空观密切相关
二 经典力学的绝对时空观
三 理解狭义相对论中质量、动量与速度的 关系，以及质量与能量间的关系.
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
爱因斯坦成就 （1905年）
解释光电效应，提出光子说 布朗运动，分子的存在 狭义相对论
质能关系式E = mc2
相对论的时空观念与人们固有的时空观念
差别很大，很难被普通人所理解。人们都称赞
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
教学基本要求
一 了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原 理，以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式.
二 了解狭义相对论中同时的相对性，以及 长度收缩和时间延缓的概念，了解牛顿力学的 时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异.
vt
t 时刻，物体到达P点
S: P x, y, z, t
o
z z
o' z' z'
x'
x
(x', y', z')
x'
x
S: P x, y, z,t
时空坐标
S S'
正 变
变换公式
换
x' x vt y' y 逆
z' z 变
t't 换
x x' vt '
y y'
z z' S'S
t t'
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
c
d
B
t1
d c
球 投
v c v
出 后A
t2
c
d
v
B t1 t2
结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
以太：19世纪末，一些物理学家为了解释迈克斯韦电 磁理论所预言的光速是常量这一现象而假想的光和电 磁波的载体，就像弹性介质是机械波的载体一样，他 们认为，在相对以太静止的参考系中，光速在各个方 向是相同的，也就是说，以太是一个绝对参考系。只 要测出运动参考系相对以太的速度，那么以太就可以 确定了。为此，许多物理学家做了很多实验去寻找绝 对参考系，最著名的就是迈克尔逊-莫雷实验，但得出 的却是零结果，也就是说通过非常精密的实验都无法 分辨出光在不同方向的差别，反过来说，这就否定了 以太的存在。两位科学家说道：“我们的实验却对相 对论这个怪物的产生起到了促进作用，对这一点，我 们感到非常遗憾！ ”
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
15-1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 对相对性的认识问题
（一）已经了解的相对性 运动描述与参考系有关, 运动规律与参考系无关
。对牛顿定律的认识(惯性系与非惯性系) 。
（二）进一步认识相对性 认识论方法论的问题，教育人们要脱离自我,客
（1）伽利略变换式中 t = t ，表示在所有惯性系中
时间是相同的 ， 即时间与参考系的运动状态无关 ，
时间是绝对的。
在所有惯性系中时间间隔也是相同的，t = t ,
即在伽利略变换下时间间隔是绝对的。
（2）在所有惯性系中，任意确定时刻空间两点间的长
度都是相同的 Δ L Δ L，空间长度与参考系的运动状
即 L L'
空间的测量与参考系无关 （空间绝对性）
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
伽利略速度变换公式
y y'
u'x ux v
u'y uy
u'z uz
u u
s s'
vt
o
z z
o' z' z'
v
x'
x
P(x, y, z)
*
(x', y', z')
x'
x
加速度变换公式
迈克耳逊 莫雷实验的零结果否定了“以太”的存在
1901年，考夫曼发现 粒子荷质比与粒子运动速度
有关的实验结果。
根据伽利略变换会得到许多反常现象。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达 到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换)
球 投 出 前A
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
经典力学的绝对时空观：
绝对时间 时间和空间是绝对的、独立的、 绝对空间 与物质的存在和运动无关
三. 伽利略变换的困难
狭义相对论的诞生
Maxwell 电磁场方程组不服从伽利略变换
c 1/ 00 2.998108 m s
牛顿力学 麦克斯韦电磁场理论 热力学与经典统计理论
19世纪后期，经典物理 学的三大理论体系使经 典物理学已趋于成熟。
两朵小乌云 迈克耳逊—莫雷“以太漂移”实验 黑体辐射实验
强调
狭义相对论 量子力学
近代物理学的两大 支柱，逐步建立了 新的物理理论。
近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。 近代物理不是对经典理论的简单否定。
爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英 国诗人波谱歌颂牛顿的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中， 上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。 后人续写道: 上帝说完多少年之后， 魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
分别在S,S’系中测量同一 物体（细棒）的长度：
在两惯性系中，测得细棒 两端点坐标分别为
( x1, x2 ), ( x '1, x '2 )
根据伽利略变换，有
s
y
s'
y' v
L '
x'1
x'2 x'
o
z
o'
z'
x1
x2 x
x '1 x1 vt, x '2 x2 vt
两式相减得 x2 x1 x '2 x '1
观地看问题。 相对性问题的核心是：
物理规律是客观存在的，与参考系无关。 即参考系平权 ，没有特殊的参考系。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的wenku.baidu.com难
一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理
伽利略变换
y y'
s S’相对于S的速度
当 t t' 0 时
s' v
P(x, y, z)
*
o 与 o'重合
a'x ax
a'y ay
F
ma
a a'
F ma '
在两相互作匀速直线运动的惯性
a'z az 系中，牛顿运动定律具有相同的形式.
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
注意
牛顿力学的相对性原理 （1）只在宏观、低速的范围成立
（2）与经典力学的绝对时空观密切相关
二 经典力学的绝对时空观
三 理解狭义相对论中质量、动量与速度的 关系，以及质量与能量间的关系.
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
爱因斯坦成就 （1905年）
解释光电效应，提出光子说 布朗运动，分子的存在 狭义相对论
质能关系式E = mc2
相对论的时空观念与人们固有的时空观念
差别很大，很难被普通人所理解。人们都称赞
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
教学基本要求
一 了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原 理，以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式.
二 了解狭义相对论中同时的相对性，以及 长度收缩和时间延缓的概念，了解牛顿力学的 时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异.
vt
t 时刻，物体到达P点
S: P x, y, z, t
o
z z
o' z' z'
x'
x
(x', y', z')
x'
x
S: P x, y, z,t
时空坐标
S S'
正 变
变换公式
换
x' x vt y' y 逆
z' z 变
t't 换
x x' vt '
y y'
z z' S'S
t t'
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
c
d
B
t1
d c
球 投
v c v
出 后A
t2
c
d
v
B t1 t2
结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
以太：19世纪末，一些物理学家为了解释迈克斯韦电 磁理论所预言的光速是常量这一现象而假想的光和电 磁波的载体，就像弹性介质是机械波的载体一样，他 们认为，在相对以太静止的参考系中，光速在各个方 向是相同的，也就是说，以太是一个绝对参考系。只 要测出运动参考系相对以太的速度，那么以太就可以 确定了。为此，许多物理学家做了很多实验去寻找绝 对参考系，最著名的就是迈克尔逊-莫雷实验，但得出 的却是零结果，也就是说通过非常精密的实验都无法 分辨出光在不同方向的差别，反过来说，这就否定了 以太的存在。两位科学家说道：“我们的实验却对相 对论这个怪物的产生起到了促进作用，对这一点，我 们感到非常遗憾！ ”
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
15-1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难 对相对性的认识问题
（一）已经了解的相对性 运动描述与参考系有关, 运动规律与参考系无关
。对牛顿定律的认识(惯性系与非惯性系) 。
（二）进一步认识相对性 认识论方法论的问题，教育人们要脱离自我,客
（1）伽利略变换式中 t = t ，表示在所有惯性系中
时间是相同的 ， 即时间与参考系的运动状态无关 ，
时间是绝对的。
在所有惯性系中时间间隔也是相同的，t = t ,
即在伽利略变换下时间间隔是绝对的。
（2）在所有惯性系中，任意确定时刻空间两点间的长
度都是相同的 Δ L Δ L，空间长度与参考系的运动状
即 L L'
空间的测量与参考系无关 （空间绝对性）
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
伽利略速度变换公式
y y'
u'x ux v
u'y uy
u'z uz
u u
s s'
vt
o
z z
o' z' z'
v
x'
x
P(x, y, z)
*
(x', y', z')
x'
x
加速度变换公式
迈克耳逊 莫雷实验的零结果否定了“以太”的存在
1901年，考夫曼发现 粒子荷质比与粒子运动速度
有关的实验结果。
根据伽利略变换会得到许多反常现象。
15 - 1 伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难
试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达 到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换)
球 投 出 前A