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课件网) 2020 高中物理竞赛 普通物理学 湖南师大附中 第3章 相 对 论 爱因斯坦 Albert Einstein 1879-1955 德裔瑞士人，美国苏黎世大学、普林斯顿高等研究院理论物理学家相对论的创建者. 因在理论物理学上的发现，特别是发现了光电效应的定律.于 1921年获诺贝尔物理学奖. §3.1 伽利略变换和经典力学时空观 一、伽利略变换 经典力学时空观 如图所示.设时刻t＝t/＝0时，两坐标系的坐标原点O与O′重合. 伽利略坐标变换方程 时间间隔与参照系的运动无关 空间间隔与参照系的运动无关 二、伽利略相对性原理 一切彼此作匀速直线运动的惯性系，对描述运动的力学规律来说是完全相同的. 或者说力学规律对一切惯性系都是等价的.这就是力学的相对性原理，也称伽利略相对性原理. 在所有惯性系中，加速度是不变量. 经典力学中:m/＝m， 在S中有 F＝ma，在S/系中一定有F/＝m/a/. §3.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 1865年麦克斯韦建立了描述电磁运动普遍规律的麦克斯韦方程组． 一、伽利略变换的困难 预言了电磁波的存在 发现电磁波的波速等于光速c c：是一个常数，与参考系无关。 然而，人们发现麦克斯韦电磁场方程组并不具有伽利略变换下形式不变的特点。 如： 按伽里略变换 S/系中 c-u. 如何解释出现的矛盾呢? 问题集中在经典电磁学的以太假说． 当时人们认为麦克斯韦方程只有在相对以太“绝对静止”的惯性坐标系中成立。 电磁波在 “绝对静止”的惯性系中沿各方向传播的速度都等于恒量c． 想找到麦克斯韦电磁场方程组对 “绝对静止”参考系的形式。那么，就要找到以太，或 “绝对静止”的惯性坐标系 三.迈克耳逊-莫雷的实验 使干涉仪的一臂沿着地球轨道运动方向。 按伽利略速度变换计算 G1 ? M1 u=c-u M1 ? G1 u=c+u 当光沿沿y/ 轴的正方向传播时 ?/x =?/z =0 ?/y＞0， 按伽里略速度变换 在以太坐标系中， ?x =u, ?z =0 则 u2+?y/2 +0=c2， 当光沿沿y/ 轴的负方向传播时 在与地球固连的实验室系S/中，光沿各方向传播的速度大小并不相等， 设从G1到 M1 的距离为l1,往返时间为 设从G1到 M2 的距离为l2,往返时间为t2 则两光束会合时的时间差为 如果把整个装置转动90? 干涉仪转动前后，光通过两臂时间差的改变量为： 考虑(u/c)2是小量，利用近似公式 应有干涉条纹移动的数目 实验时取 l1=l2=l，则 迈克耳逊与莫雷在1887年的实验中，使臂长 l1=l2=11m所用光波长l=5.9×10-7m，如果取u=3.0×104m/s (为地球绕太阳公转的速度)，预期ΔN≈0.37条。但实验观测值小于0.01条。 实验得到了“零”结果！ 谢谢观看！ 祝大家学业有成！
