相對論學習課件

相對論學習課件第1頁/共14頁世界物理年徽標

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牛牛文庫文檔分享第3頁/共14頁（1）了解經(jīng)典的相對性原理①運動的相對性中國古代研究：《尚書緯．考靈曜》“地恒動而人不知，譬如閉舟而行不覺舟之運也。”

②伽里略相對性原理《關于兩種世界體系的對話》：“理想船實驗”伽里略速度變換公式：③牛頓力學的不變性：

牛牛文庫文檔分享第4頁/共14頁伽利略相對性原理

1632年，伽利略發(fā)表了《關于兩種世界體系的對話》一書，其中對船艙里觀察到的現(xiàn)象有一段生動的描述：“……船停著不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向各方向飛行，魚向各個方向隨意游動，水滴滴進下面的罐中；你把任何東西扔給你的朋友時，只要距離相等，向這一方向不必比向另一方向用更多的力，你雙腳齊跳，無論向哪個方向跳過的距離都相同。當你仔細觀察這些事情之后，再使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不忽左忽右地擺動，你將發(fā)現(xiàn)，所有上述現(xiàn)象絲毫沒有變化。你也無法從其中任何一個現(xiàn)象來確定，船是在運動還是停著不動……”

牛牛文庫文檔分享第5頁/共14頁伽利略這段描述說明：在相對于地面做勻速直線運動的船艙里所進行的力學實驗和觀測，其結果與地面上的力學實驗和觀測結果沒有差異。不能根據(jù)在船艙內(nèi)的力學實驗和觀測，來判斷船相對于地面是靜止還是運動。正如地球以30千米/秒的速度相對太陽而運動，我們卻絲毫沒有感覺地球在運動一樣，也不能根據(jù)地面上的力學實驗來直接判斷地球的公轉(zhuǎn)。這是因為地面上和船艙里的力學規(guī)律具有相同的形式。牛頓第二定律的形式F＝ma，在靜止的船上和做勻速直線運動的船上是相同的。牛頓運動定律是經(jīng)典力學的基礎，凡是牛頓運動定律成立的參照系，稱為慣性參照系，或簡稱慣性系。地面參照系是慣性系，相對地面做勻速直線運動的船也是慣性系。一般而言，相對慣性系做勻速直線運動的任何參照系，都是慣性系。

牛牛文庫文檔分享第6頁/共14頁牛頓運動定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系．牛頓運動定律不成立的參考系，稱為非慣性系．

牛牛文庫文檔分享第7頁/共14頁綜上所述，相對任何慣性系，力學規(guī)律都具有相同的形式。換言之，在描述力學的規(guī)律上，一切慣性系都是等價的。這一原理稱為伽利略相對性原理，或經(jīng)典力學的相對性原理。

牛牛文庫文檔分享第8頁/共14頁（2）知道狹義相對論的兩個基本假設狹義相對論的兩個基本原理：①相對性原理一切物理定律，在不同的慣性系中是相同的②光速不變原理光在真空中的傳播速度在不同的慣性系中測得的數(shù)值都是相同的

牛牛文庫文檔分享第9頁/共14頁③邁克爾遜-莫雷實驗實驗原理圖

實驗干涉條紋

牛牛文庫文檔分享第10頁/共14頁電磁理論與經(jīng)典的運動學理論的矛盾19世紀中葉，麥克斯韋在總結前人研究電磁現(xiàn)象的基礎上，建立了完整的電磁理論，又稱麥克斯韋電磁場方程組。麥克斯韋電磁理論不但能夠解釋當時已知的電磁現(xiàn)象，而且預言了電磁波的存在，確認光是波長較短的電磁波，電磁波在真空中的傳播速度為一常數(shù)，c＝3.0×108米/秒，并很快為實驗所證實。從麥氏方程組中解出的光在真空中的傳播速度與光源的速度無關。如果光波也和聲波一樣，是靠一種媒質(zhì)(以太)傳播的，那么光速相對于絕對靜止的以太就應該是不變的。科學家們?yōu)榱藢ふ乙蕴隽舜罅康膶嶒?，其中以美國物理學家邁克耳孫和莫雷實驗最為著名。這個實驗不但沒能證明以太的存在，相反卻宣判了以太的死刑，證明光速相對于地球是各向同性的。但是這卻與經(jīng)典的運動學理論相矛盾。

牛牛文庫文檔分享第11頁/共14頁愛因斯坦分析了物理學的發(fā)展，特別是電磁理論，于1905年提出了狹義相對論。狹義相對論的基本原理可表述于下：1.相對性原理

相對任何慣性系，包括電磁理論在內(nèi)的物理規(guī)律具有相同的形式。也就是說，沒有任何物理實驗能確定一個慣性系的運動狀態(tài)。2.光速不變原理

相對任何慣性系，真空中的光速都是一個常量，c＝3.0×108米/秒，與傳播的方向無關，與光源的速度也無關。