15-1 伽利略变换关系 牛顿的绝对时空观.ppt

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1、15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难教学基本要求教学基本要求一一 了解了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原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理，以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式.二二 了解了解狭义相对论中同时的相对性，以及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，长度收缩和时间延缓的概念，了解了解牛顿力学的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时空观和狭义相对论的时

2、空观以及二者的差异.三三 理解理解狭义相对论中质量、动量与速度的狭义相对论中质量、动量与速度的关系，以及质量与能量间的关系关系，以及质量与能量间的关系.15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难 相对论的时空观念与人们固有的时空相对论的时空观念与人们固有的时空相对论的时空观念与人们固有的时空相对论的时空观念与人们固有的时空观念观念观念观念差别差别差别差别很大很大很大很大，很难，很难，很难，很难被普通人所理解。人们都被普通人所理解。人们都被普通人所理解。人们都被普通人所理解。人们都称赞称赞称赞称赞爱爱爱爱因因因因斯斯斯斯坦坦坦坦伟伟伟伟

3、大大大大，但但但但又又又又常常常常常常常常弄弄弄弄不不不不懂懂懂懂这这这这伟伟伟伟大大大大的的的的内内内内容容容容。这这这这使使使使人人人人们们们们想想想想起起起起英英英英国诗人波谱歌颂牛顿的诗句国诗人波谱歌颂牛顿的诗句国诗人波谱歌颂牛顿的诗句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，自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，上帝说：上帝说：上帝说：上帝说：“让牛顿去吧，让牛顿去吧，让牛顿去吧，让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。于是一切都成为光明。于是一切都成为光明。于是一切都成为光明。后人续写道后人续写道后人续写道

4、后人续写道:上帝说完多少年之后，上帝说完多少年之后，上帝说完多少年之后，上帝说完多少年之后，魔鬼说：魔鬼说：魔鬼说：魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，让爱因斯坦去吧，让爱因斯坦去吧，让爱因斯坦去吧，”于是一切又回到黑暗中。于是一切又回到黑暗中。于是一切又回到黑暗中。于是一切又回到黑暗中。爱因斯坦成就爱因斯坦成就爱因斯坦成就爱因斯坦成就（1905190519051905年）年）年）年）解释光电效应，提出光子说解释光电效应，提出光子说解释光电效应，提出光子说解释光电效应，提出光子说布朗运动，分子的存在布朗运动，分子的存在布朗运动，分子的存在布朗运动，分子的存在狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论质能关

5、系式质能关系式质能关系式质能关系式E=E=E=E=mcmcmcmc2 2 2 215-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难牛牛 顿顿 力力 学学麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论热力学与经典统计理论热力学与经典统计理论l 迈克耳逊迈克耳逊莫雷莫雷“以太漂移以太漂移”实验实验l 黑体辐射实验黑体辐射实验l 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简单否定。l 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补充，而是全新的理论。近代物理学的两大近代物理学的两大支柱，逐步建立了支柱，逐步建立了新的

6、物理理论。新的物理理论。19世纪后期，经典物理世纪后期，经典物理学的三大理论体系使经学的三大理论体系使经典物理学已趋于成熟。典物理学已趋于成熟。强调强调两朵小乌云两朵小乌云狭狭 义义 相相 对对 论论量量 子子 力力 学学15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难 （一）（一）已经了解的相对性已经了解的相对性 运动描述与参考系有关运动描述与参考系有关,运动规律与参考系无关。运动规律与参考系无关。对牛顿定律的认识对牛顿定律的认识(惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系)。（二）（二）进一步认识相对性进一步认识相对性 认识论方法论的问题，教育人

7、们要脱离自我认识论方法论的问题，教育人们要脱离自我,客客观地看问题。观地看问题。相对性问题的核心相对性问题的核心是：是：物理规律是物理规律是客观存在客观存在的，与的，与参考系无关参考系无关。即即参考系平权参考系平权 ，没有，没有特殊特殊的参考系。的参考系。对相对性的认识问题对相对性的认识问题15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难 一一 伽利略变换式伽利略变换式 经典力学的相对性原理经典力学的相对性原理伽利略变换伽利略变换*当当 时时与与 重

8、合重合时空坐标时空坐标变换公式变换公式:t 时刻，物体到达时刻，物体到达P点点 S相对于相对于S的速度的速度正正变变换换逆逆变变换换15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难分别在分别在S,S系中测量系中测量同一同一物体物体（细棒）的（细棒）的长度长度：根据伽利略变换，有根据伽利略变换，有两式相减得两式相减得即即空间的测量与参考系无关空间的测量与参考系无关 （空间绝对性）（空间绝对性）在两惯性系中，测得细棒在两惯性系中，测得细棒两端点坐标分别为两端点坐标分别为15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛

9、顿力学相对性原理遇到的困难加速度变换公式加速度变换公式伽利略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在两相互作匀速直线运动的惯性系中，牛顿运动定律具有相同的形式系中，牛顿运动定律具有相同的形式.*15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难二二 经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观注注 意意 牛顿力学的相对性原理牛顿力学的相对性原理（1）只在）只在宏观、低速宏观、低速的范围成立的范围成立（2）与）与经典力学的经典力学的绝对时空观绝对时空观密切相关密切相关（1）伽利略变换式中）伽利略变换式中 t=t ，表示在所有惯

10、性系中，表示在所有惯性系中时间是相同的时间是相同的，即时间与参考系的运动状态无关即时间与参考系的运动状态无关 ，时间是绝对的时间是绝对的。在所有惯性系中时间间隔也是相同的，在所有惯性系中时间间隔也是相同的，t=t ,即在伽利略变换下即在伽利略变换下时间间隔是绝对的时间间隔是绝对的。（2）在所有惯性系中，任意确定时刻空间两点间的长）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度都是相同的 ，空间长度与参考系的运动状，空间长度与参考系的运动状态无关，即态无关，即空间长度是绝对的空间长度是绝对的。15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇

11、到的困难经典力学的绝对时空观：经典力学的绝对时空观：绝对时间绝对时间绝对空间绝对空间时间和空间是时间和空间是绝对绝对的、的、独立独立的、的、与物质的与物质的存在和运动无关存在和运动无关三三.伽利略变换的困难伽利略变换的困难l Maxwell 电磁场方程组不服从伽利略变换电磁场方程组不服从伽利略变换l 迈克耳逊迈克耳逊-莫雷实验的莫雷实验的零零结果否定了结果否定了“以太以太”的存在的存在l 根据伽利略变换会得到许多反常现象。根据伽利略变换会得到许多反常现象。狭义相对论的诞生狭义相对论的诞生l 1901年，考夫曼发现年，考夫曼发现 粒子荷质比与粒子运动速度粒子荷质比与粒子运动速度有关的实验结果。有

12、关的实验结果。15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难球球投投出出前前结果结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球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到观察者所需要的时间.(根据根据伽利略变换伽利略变换)球球投投出出后后ABAB15-1 15-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿力学相对性原理遇到的困难牛顿力学相对性原理遇到的困难以太：以太：19世纪末，一些物理学家为了解释迈克斯韦电世纪末，一些物理学家为了解释迈克斯韦电

13、磁理论所预言的光速是常量这一现象而假想的光和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对参考系，最著名的就是迈克尔逊-莫雷实验，但得出莫雷实验，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。以太的存在。两位科学家说道：两位科学家说道：“我们的实验却对相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！们感到非常遗憾！”