第四节运动的相对性与时空.pptVIP

运动的相对性与时空Relativity 从哥白尼到爱因斯坦 牛顿的力学相对性原理和伽利略变换 爱因斯坦的狭义相对论的两个基本假设 狭义相对论的洛仑兹变换 时间膨胀 长度缩短 速度变换 三、 哥白尼 爱因斯坦是典范 §3 爱因斯坦狭义相对论的 两个基本假设 二 、基本假设 三、同时性的相对性relativity of simultaneity 棒静止在 系中 静长 棒以极高的速度相对S系运动， S系测得棒的长度值是什么呢？ 事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端 相应的时空坐标 事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端 2、原长最长 长度收缩 由洛仑兹变换 1) 相对效应 2) 纵向效应 3) 在低速下 ? 伽利略变换 4) 同时性的相对性的直接结果 讨论 §6 相对论速度变换 定义 由洛仑兹 坐标变换 上面两式之比 由洛仑兹变换知 由上两式得 同样得 洛仑兹速度变换式 正变换 逆变换 例：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： 选飞船参考系为 系 地面参考系为 系 * 一、初步认识相对性 ? 运动描述与参考系有关, 运动规律与参考系无关。 ? 对牛力的认识, ? ? 惯性系与非惯性系。 §１ 从哥白尼到爱因斯坦 二 、深入认识相对性 ? 认识论方法论的问题，教育人们要脱离自我 客观地看问题。 ? 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。 相对论问题包括 两方面 1) 相对性原理 -- 物理规律的不变性; 2) 变 换 -- 不变式。 A君 A君说：头朝上。 B君也说：头朝上。 B君 但，A 君 看 B 君， 大头朝下！ 教育人们超越自我 如：什么是上？下？ 科学的语言必须准确！必须用规律来表述。万有引力定律： 下：指向地心。 抛弃以我为中心 抛弃地心说 哥白尼: N. copernicus 爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人 惯性系，非惯性系 平权 二十世纪的哥白尼 所有的参考系平权 从哥白尼到爱因斯坦 --- 参考系的选择 四、学习本章的正确态度 1) 超越自我认识的局限 2) 自觉摆脱经验的束缚 --以事实为依据 牛顿的相对性原理 狭义相对性原理 广义相对性原理 统一 平权就是对称性 §2 牛顿的力学相对性原理 和 伽利略变换 明确研究的问题: 在两个惯性系中考察同一物理事件 实验室参考系 运动参考系 在不同的惯性系中， 考察同一物理事件。 与 重合时， 两个参考系对表 问题： 一、伽利略变换 Galilean transformation t时刻，物体到达P点 分量式 正变换 逆变换 速度变换 与加速度变换 正 逆 惯性系 在两个惯性系中 二、牛顿的相对性原理 Newton Principle of relativity 牛顿力学中： 相互作用是客观的 分析力与参考系无关 质量的测量与 运动无关 宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同 或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 或 牛顿力学规律是伽利略不变式 如：动量守恒定律 一、牛顿力学的困难 1) 电磁场方程组不服从伽利略变换 2) 光速c —— 在哪个参考系中测的? 迈克耳逊 — 莫雷的 0 结果 3) 高速运动的粒子 1、一切物理规律在任何惯性系中形式相同 —— 相对性原理 2、 光在真空中的速度与发射体的运动状态无关 —— 光速不变原理 1) Einstein 的理论是 Newton 理论的发展 讨论 一切物 理规律 力学规律 2) 光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理针锋相对 3) 观念上的变革 牛顿力学 速度与参考系有关 (相对性) 革命性 时间标度 长度标度 质量的测量 与参考系无关 狭义相对论力学 长度、时间测量 的相对性 光速不变 1、 事件 时空坐标 2、 同步钟 synchronized clocks 3、 同时性的相对性 --- 光速不变原理的直接结果 以爱因斯坦火车为例 Ei