高中物理-51-狭义相对论的基本原理教案-粤教版选修3-4

用心爱心专心-1-狭义相对论基本原理伽利略相对性原理经典力学的时空观一、伽利略（牛顿力学）相对性原理对力学规律而言，所有的惯性系都是等价的或在一个惯性系中，所作的任何理学实验都不能够确定这一惯性系本身是静止状态，还是匀速直线运动。力学中不存在绝对静止的概念，不存在一个绝对静止优越的惯性系。二、伽利略坐标变换式经典力学时空观设当O与O重合时0tt作为记时的起点同一事件：K系中)t,z,y,x(K系中)t,z,y,x(按经典观念：ttzzyyvtxx或ttzzyytvxxzzyyxxzzyyxxuuuuvuuuuuuvuutddt,tt或所谓绝对时空：1、时间：时间间隔的绝对性与同时的绝对性，即tt,tt。时间是与参照系无关的不变量。2、空间：若有一把尺子，两端坐标分别为K中：)t,z,y,x(P),t,z,y,x(P22221111K中：)t,z,y,x(P),t,z,y,x(P22221111有222222zyxr,zyxr用心爱心专心-2-由,tt得rr，即：长度（空间间隔）是与参照系无关的不变量或长度（空间间隔）的绝对性。aa即zzyyxxaaaaaa且认为mm,FF因此：在K中，有amF，得K中amF由牛顿的绝对时空以及“绝对质量”的概念，得到牛顿相对性原理。总结：牛顿定律在所有惯性系都具有相同的表述形式，即牛顿定律在伽利略变换下是协变的，牛顿力学符合力学相对性原理。三.引子：相对论主要是关于时空的理论局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论，推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论。牛顿力学的困难：例子：○1打排球，发点球○2超新星爆发过程中光线传播引起的疑问，如“蟹状星云”有较为祥实的记载。“客星”最初出现于公元1054年，历时23天，往后慢慢暗下来，直到1056年才隐没。按牛顿观点：1500vkm.s-15000l光年会持续25年，能看到超新星开始爆发时发出的强光，其实不然○3电动力学的例子物理规律需要用一定参考系来表述麦克斯韦方程组波动方程真空中光速c以太参考系寻找以太参考系寻找到？爱因斯坦提出：所面临的困难处境：1．存在力学相对性原理，但不适于电动力学，对电动力学存在一个优越的惯性系――以太参考系。用心爱心专心-3-2．存在一个既适用于力学，又适用于电动力学的相对性原理。但麦克斯韦给出的电动力学规律――麦克斯韦方程组但不正确。3．存在一个既适用于力学，又适用于电动力学的相对性原理，但牛顿给出的力学不正确。爱因斯坦认为：这种不对称不像是自然现象本身所固有的问题，大概发生在我们所习惯的旧概念和理论上。他发现：只要把作为经典物理学基础的空间和时间观念加以改变，这种“不对称”就可以消除。他猜想：绝对静止这一概念，不仅在力学中，而且在电动力学中也不符合现象的特性。四.狭义相对论基本原理（将猜想提升为假设）1．狭义相对论的相对性原理（力学相对性原理的推广）对一切物理规律而言，所有惯性系都是等价的2．光速不变原理真空中的光速向对于任何惯性系沿任一方向恒为c，且与光源运动无关。