大学物理简程 张三慧主编第6章狭义相对论1

爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人

二十世纪的哥白尼1

第6章 狭义相对论§1 力学相对性原理和伽利略变换 §2 狭义相对论的基本原理 §3 洛仑兹变换

§4 时间膨胀 长度缩短§5 相对论速度变换

§6 相对论的能量§7 相对论动量能量变换2

本章：将对运动与时空有一崭新的认识 主要内容： 牛顿的时空观 爱因斯坦的时空观 爱因斯坦的狭义相对论

牛顿的相对性原理 伽利略变换

相对性原理、光速不变原理 革命性的 洛仑兹变换 时间膨胀 运动学效应 长度收缩3

对相对性已有的认识： 运动描述与参考系有关,

运动规律与参考系无关。 对牛顿力学的认识,

牛顿定律：适用于惯性系以上两点说明：牛顿定律有局限性 局限来源于对时空的认识4

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。归根结底是： 认识论方法论的问题。 教育人们要脱离自我， 客观地看问题。5

教育人们 超越自我

如：什么是 上？下？ 问题是： A 君 看 B 君，

A君

以我为标准：A君说：头朝上。

B君也说：头朝上。

大头朝下！

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。

B君6

纪念哥白尼诞辰500周年学术会的标题 从哥白尼到爱因斯坦 --- 参考系的选择 从哥白尼的日心说到爱因斯坦的广义相对论的 过程，是人们逐步摆脱以我为核心的过程。 没有特殊参考系的观点，就是以客观规律为准 的观点。

没有特殊参考系就是各参考系平权。平权就是各向同性，就是对称性。7

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 适用范围逐 渐 深 化 的 过 程

牛顿的相对性原理

惯性系 宏观低速

狭义相对性原理广义相对性原理

惯性系所有参考系8

明确本章研究的问题: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

注意不要和运动的叠加原理的内容相混淆，

该问题中只涉及同一个参考系。

相对论问题包括两个方面：1.物理规律与参考系无关--相对性原理

2.在两个参考系中对同一事件的描述形式不同，之间存在一个变换关系---变换式

变换式与相应的相对性原理相对应。牛顿力学的相对性原理对应伽利略变换；

狭义相对性原理对应洛仑兹变换。在基本观点明确的前提下，重要的是变换式。10

§1 力学(牛顿)相对性原理和伽利略变换一、伽利略变换

二、牛顿的相对性原理

在两个惯性系中考察同一物理事件 一、伽利略变换设惯性系S 和 相对S运动的惯性系S

y S

y S

u

t 时刻 物体到达P点

o o

P r r

xx 12

SS

r x, y, z , t r x , y , z , t

y S

a a y S u

正变换

逆变换

x x uty y

x x ut y y z z t t

z z

o o x ut

P r r x13

x

x

t t

速度变换与加速度变换

dr dt

dr dt

用S系的时间求导

正变换

dx dt

x x u 正 y y z z x u x y y z z14

x x uty y

dx dt

u

dt dt

牛顿时空： 时间量度与参考 系无关， 即

z z

t t

t t

逆

速度变换

x x u a a d u 惯性系 x x正 y ydt a y a y a z a z du dt

u const .

加速度变换

a ax x a a y y a az zax a x a y a y a z 15a z

z z逆 y y

x u a x a x xa y a y a z a z

z z

在两个惯性系中 a a二、牛顿的相对性原理

S

S

F m F m

a a

F ma F m a

在牛顿力学中 力与参考系无关 质量与运动无关16