《大学物理教程》课程教学资源（PPT课件讲稿，上册）第八章 狭义相对论、广义相对论简介 §7.1 力学相对性原理、伽利略变换 §7.2 狭义相对论的基本原理、洛仑兹变换

第七章狭义相对论*广义相对论简介 结构框图 力学相对性原理 伽利略绝对时空观 变换 推广 狭义相对性原理洛仑兹狭义相对论时空观比 较 推广 变换相对论动力学基础 实验检验 广义相对性原理 广义相对论时空观

结构框图 比 较 广义相对论时空观 实验检验 伽利略 变换 洛仑兹 变换 绝对时空观 狭义相对论时空观 相对论动力学基础 力学相对性原理 狭义相对性原理 推广 广义相对性原理 推广 第七章 狭义相对论 *广义相对论简介

前言:相对论产生的历史背景和物理基础 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 分子热运动为基础的统计物理学微观理论

前言：相对论产生的历史背景和物理基础 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 分子热运动为基础的统计物理学微观理论

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 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。 约利致普朗克的信

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。 ——约利致普朗克的信

两朵鸟云: 迈克尔孙一莫雷实验的“零结果”实验结果与 理论不符 2.黑体辐射的“紫外灾难” 三大发现: 1.电子:1894年,英国,汤姆孙 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理奖 2.X射线:1895年,德国,伦琴 1901年获第一个诺贝尔物理奖 3.放射性:1896年,法国,贝克勒尔发现铀,居里 夫妇发现钋和镭,共同获得1903年诺贝尔物理奖 物理学还存在许多未知领域,有广阔的发展前景

三大发现： 1. 电子：1894年，英国，汤姆孙 因气体导电理论获1906年诺贝尔物理奖 2. X射线：1895年，德国，伦琴 1901年获第一个诺贝尔物理奖 3. 放射性：1896年，法国，贝克勒尔发现铀，居里 夫妇发现钋和镭，共同获得1903年诺贝尔物理奖 物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景。 两朵乌云： 1. 迈克尔孙 — 莫雷实验的“零结果” 2. 黑体辐射的“紫外灾难” 实验结果与 理论不符

两朵乌云暴风骤雨—20世纪初物理学危机 物理学正在临产中,它孕育着的新理论将要诞生了 列宁 新理论:相对论、量子力学, 深刻影响现代科技和人类生活 相对论的思想基础:对称性观念 物理规律不因人(参考系)而异,参考系变换应该 是物理定律的对称操作。 切惯性系对物理定律等价—狭义相对论 惯性系和非惯性系对物理定律等价——广义相对论

两朵乌云——暴风骤雨——20世纪初物理学危机 物理学正在临产中，它孕育着的新理论将要诞生了。 —— 列宁 新理论：相对论、量子力学， 深刻影响现代科技和人类生活 相对论的思想基础：对称性观念 物理规律不因人（参考系）而异，参考系变换应该 是物理定律的对称操作。 一切惯性系对物理定律等价 —— 狭义相对论 惯性系和非惯性系对物理定律等价 —— 广义相对论

力学相对性原理 对称性 狭义相对性原理扩展 广义相对性原理 相对论并不神秘—需要摆脱日常生活经验的束缚, 自觉地进行理性思维训练。 重点:相对论基本原理 洛仑兹变换; 时空观、物质观的深化

相对论并不神秘——需要摆脱日常生活经验的束缚， 自觉地进行理性思维训练。 对称性 扩展 力学相对性原理 狭义相对性原理 广义相对性原理 重点: 相对论基本原理； 洛仑兹变换； 时空观、物质观的深化

§7.1力学相对性原理伽利略变换 力学相对性原理 力学定律在一切惯性系中数学形式不变 理解: >体现对称性思想—对于描述力学规律而言, 切惯性系彼此等价。 能判断该惯性系相对于其它惯性系的运动。那六 >在一个惯性系中所做的任何力学实验

§7.1 力学相对性原理 伽利略变换 一.力学相对性原理 力学定律在一切惯性系中数学形式不变 理解： ➢ 体现对称性思想 —— 对于描述力学规律而言， 一切惯性系彼此等价。 ➢ 在一个惯性系中所做的任何力学实验，都不 能判断该惯性系相对于其它惯性系的运动

伽利略对匀速直线运动船舱内现象生动描述 (b) 变换 个参考系的描述另一参考系的描述 或操作

伽利略对匀速直线运动船舱内现象生动描述 一个参考系的描述 另一参考系的描述 变换 或操作

伽利略变换 s系和S系坐标轴相互平行, S系相对于S系沿+x方向以速率u运动, 当O和O重合时,令t=t′=0 S系 S系

二、伽利略变换 S系 和 S 系 坐标轴相互平行, S 系 相对于 S系 沿 +x 方向以速率 u 运动， 当 O 和 O 重合时，令  t = t = 0 x x  y y  z z  o o  S系 S 系 u 

坐标变换: S系S系 r=r=ut 速度变换: 坐标变换分量式: x=x-ut x=x+ut y=y 或 t=t 正变换 逆变换

x x  y y  z z  o o  S系 S 系 u  p ut  r  r   r r ut     = − 坐标变换： v v u     = − 速度变换： t t z z y y x x ut =  =  =  =  + 或 坐标变换分量式： t t z z y y x x ut  =  =  =  = − 正变换 逆变换