《物理学教学课件》4-1经典力学的时空观.ppt

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1、 第第 4 章章 狭义相对论基础狭义相对论基础历史背景历史背景 19 19世纪末电磁学有了很大发展，世纪末电磁学有了很大发展，18651865年年麦克斯韦麦克斯韦(Maxwell)总结出电磁场方程组；预总结出电磁场方程组；预言了电磁波的存在，并指出其速率各向均为言了电磁波的存在，并指出其速率各向均为c c (真空中真空中)；18881888年赫兹年赫兹(Hertz)在实验上证在实验上证实了电磁波的存在。实了电磁波的存在。这显然和伽利略变换矛盾，按伽利略变这显然和伽利略变换矛盾，按伽利略变换，换，光速在一个参考系中若是光速在一个参考系中若是c c，在另一参考，在另一参考系中必不是系中必不是c c

2、。提出问题提出问题 ：电磁场方程组在哪个参考系成立呢电磁场方程组在哪个参考系成立呢?为为不不和和伽伽利利略略变变换换矛矛盾盾，人人们们假假设设：宇宇宙宙中中充充满满了了叫叫“以以太太(ether)”(ether)”的的物物质质，电电磁磁 波靠波靠“以太以太”传播。传播。电磁场方程组只在电磁场方程组只在“以太以太”参考系成立参考系成立；电磁波在电磁波在“以太以太”参考系中速率各向为参考系中速率各向为c c。按伽利略变换，电磁波相对于其他参考系按伽利略变换，电磁波相对于其他参考系(如地球如地球)速率就不会各向均匀，而和此参考速率就不会各向均匀，而和此参考系相对于系相对于“以太以太”的速度有关。的速

3、度有关。19世纪末，很多精确的实验和观察世纪末，很多精确的实验和观察(最著最著名的是名的是Michelson-Morley实验实验)都得出完全否都得出完全否定的结果，定的结果，在任何参考系中测得的光在真空在任何参考系中测得的光在真空中的速率均为中的速率均为。若此，如在地球上测光速，可能若此，如在地球上测光速，可能 c或或 c 还是还是 电磁规律符合相对性原理电磁规律符合相对性原理 而而 伽利略变换该修正伽利略变换该修正?爱爱因因斯斯坦坦(Einstein)深深入入分分析析了了此此问问题题，于于1905年年发发表表了了论论动动体体的的电电动动力力学学作作出出了对整个物理学都有变革意义的回答。了对

4、整个物理学都有变革意义的回答。是是 伽利略变换正确伽利略变换正确 而而 电磁规律不符合相对性原理电磁规律不符合相对性原理?4-1 经经典力学的典力学的时时空空观观一、一、绝对时绝对时空空观观 1）时时间间间间隔隔的的测测量量是是绝绝对对的的，即即两两事事件件的的时时间间间间隔隔在在不不同同的的惯惯性性系系中中是是相相同同的的,称称绝绝对对时间时间。2）空空间间间间隔隔的的测测量量是是绝绝对对的的，即即两两事事件件的的空空间间间间隔隔在在不不同同的的惯惯性性系系中中是是相相同同的的,称称绝绝对对空空间间。二、伽利略二、伽利略变换变换设设 系相对于系相对于 系以匀速系以匀速 沿沿 轴正方向运动轴正

5、方向运动时时两坐标系原点重合两坐标系原点重合 则则 t 时刻时刻 或或 速度变换公式速度变换公式 讨论：讨论：伽利略变换是建立在绝对时空观基础上的。伽利略变换是建立在绝对时空观基础上的。或或 将两个不同参照系中的将两个不同参照系中的观观察察值值放在一起相加放在一起相加是有是有问题问题的，除非空的，除非空间间间间隔在不同的隔在不同的惯惯性系中性系中是相同的，即承是相同的，即承认绝对认绝对的的时时空空观观三、力学的相三、力学的相对对性原理性原理 力学的所有规律在任意的惯性系中都力学的所有规律在任意的惯性系中都是相同的。或者说，对于力学规律，所有是相同的。或者说，对于力学规律，所有惯性系都是平等的。惯性系都是平等的。例：在两相互作匀速直线运动的惯性例：在两相互作匀速直线运动的惯性系中系中,牛顿运动定律具有相同的形式牛顿运动定律具有相同的形式.加速度变换加速度变换