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1、第十五章 相对论,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.,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.,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 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
2、爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。,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,牛 顿 力 学,麦克斯韦电磁场理论,热力学与经典统计理论,迈克耳逊莫雷“以太漂移”实验,黑体辐射实验,近代物理不是对经典理论的简单否定。,近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。,近代物理学的两大支柱，逐步建立了新的物理理论。,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,狭义相对论,量子力学,（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) 。,
3、（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困难,一 伽利略变换式 经典力学的相对性原理,伽利略变换,当 时,与 重合,时空坐标 变换公式,t 时刻，物体到达P点,S相对于S的速度,分别在S,S系中测量同一物体（细棒）的长度：,根据伽利略变换，有,两式相减得,即,空间的测量与参考系无关 （空间绝对性）,在两惯性系中，测得细棒 两端点坐标分别为,加速度变换公式,伽利略速度变换公式,在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿
4、运动定律具有相同的形式.,二 经典力学的绝对时空观,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,（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 ，空间长度与参考系的运动状态无关，即空间长度是绝对的。,经典力学的绝对时空观：,绝对时间,绝对空间,时间和空间是绝对的、独立的、与物质的存在和运动无关,三. 伽利略变换的困难,Maxwel
5、l 电磁场方程组不服从伽利略变换,迈克耳逊 - 莫雷实验的零结果否定了“以太”的存在,根据伽利略变换会得到许多反常现象。,狭义相对论的诞生,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。,结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.,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),A,B,A,B,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！ ”,