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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.
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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
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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。
强调
两朵小乌云
狭义相对论
量子力学
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(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)。
(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。
对相对性的认识问题
15-1伽利略变换式牛顿力学相对性原理遇到的困难
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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
正
变
换
逆
变
换
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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
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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,牛顿运动定律具有相同的形式.
*
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二经典力学的绝对时空观
注意
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。
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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
Maxwell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。
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