大学物理(祝之光)第一章_质点运动__时间__空间课程.ppt

1-1 质点运动的描述之一 一 运动描述的相对性 三、 运动方程和轨迹方程 四、例题 1-2 质点运动的描述之二 二、 圆周运动的角量描述 三、 角量和线量的关系 四、 切向加速度和法向加速度线量和角量关系 *四、 相对运动 1-3 经典时空及其局限性 一、 惯性参考系 二、 伽利略变换和经典时空观念 四、 洛伦兹变换 五、 狭义相对论原理 *1-4 相对论时空观念 一、 相对论时空观的几个重要结论 二、 同时的相对性 三、 长度的收缩 四、 时间的膨胀 匀速圆周运动 (?=常数) 推广至一般的曲线运动 一条任意的曲线都可以看成是许多圆心和半径各不相同的无限小段圆弧组合而成 3. 角速度：描述质点转动快慢和方向的物理量. 1. 角位置: A B 4. 角加速度： 2. 角位移：质点转过的角度 ，单位rad（弧度）. 对于圆周运动 速度与角速度的关系式 A B 切向加速度: 法向加速度: 同一物体的运动，在不同参考系中，对其描述不同. :相对速度, :牵连速度. 一个动点M, 两个参考系, 绝对参考系K,相对参考系K’ , K’系相对K系以速度 作平动. :绝对速度, *加速度关系 有 说明在相对作匀速直线运动的参考系中观察同一质点的运动时，所测得的加速度是相同的. 如果两个参考系作相对匀速直线运动，即 为常量， 则 , 预习要点 什么是惯性参考系? 了解伽利略坐标变换建立的依据以及经典时空观念的基本内容. 狭义相对论的产生有怎样的历史背景? 狭义相对论的两条基本原理是什么? 了解洛伦兹变换. 2. 车厢参考系： 小球加速度为 小球静止，因此小球的加速度为零，而它受的合力为零，这符合牛顿第二定律. 相对于作加速运动的车厢参考系，牛顿第二定律不再成立. 在车厢中光滑桌面上有一个钢球,车厢以加速度向右前进. 1. 地面参考系： 定义：适用牛顿运动定律的参考系叫做惯性参考 系；反之，叫做非惯性参考系 . 惯性系的性质 相对于一惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系. 反之，相对于一惯性系作加速运动的参考系一定不是惯性参考系，即一定是非惯性参考系. 惯性系的判断 判断是否是惯性系，要根据实验观察. 严格的惯性系是关于参考系的一种理想模型. 太阳参考系是一个很好的惯性系，通常近似取地面参考系为惯性参考系. 1. 伽利略坐标变换 考察两个相对作匀速直线运动的参考系，两者的坐标轴分别相互平行. 时, 一个参考系静止— K系，另一个参考系沿Ox轴以速度 运动—K’系， 伽利略坐标变换公式: 同时性是绝对的 在K系同时发生的两个事件，在K’系中也是同时发生的. 2. 经典时空观 时间间隔是绝对不变量 在K系和K’系中时间量度相同. 空间间隔是绝对不变量 在K系和K’系中量度同一物体的长度是相同的. 即 即 同理 所以 3. 经典相对性原理 由坐标变换公式对时间求二阶导数 经典力学定律在伽利略变换下形式不变. 经典（力学相对性原理）：力学现象对于一切惯性系来说，都遵守同样的规律；或者说，在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的. 三、 经典时空观的局限性 电磁理论的基本规律--麦克斯韦方程组对伽利略变换不具有不变性；经典理论假定“以太”为绝对参考系，光波、地球皆相对以太作绝对运动，根据伽利略变换，光波在地球上沿不同方向的速度应不同. 思考： 1. 什么时空能使麦克斯韦方程组具有不变性？ 2. “以太” 是否存在？ 迈克耳孙-莫雷实验表明：光在地球上沿不同方向的传播速度无差异. 经典物理理论 电磁现象实验 矛盾 洛伦兹提出，同一事件在K系和K’系间的时空坐标关系为 洛伦兹变换与电磁现象的实验结果相一致. 令 洛仑兹变换与电磁现象的实验结果相一致. 1. 爱因斯坦相对性原理 所有惯性参考系中物理规律都是相同的，或者说, 在所有惯性系中,物理定律的数学形式保持不变. 2. 光速不变原理 在所有惯性系中，光在真空中的速率相同，与惯性系之间的相对运动无关，也与光源、观察者的运动无关. 从这两条原理出发，爱因斯坦推导出和洛伦兹变换完全相同的时空坐标变换式，并指出：时间和空间及其时间、空间和物质运动是紧密联系而不可分割的，时钟的快慢和量尺的长短都要受运动状态的影响. 1. 时间、空间和物质运动三者紧密联系，不可分割. 2. 同时性是相对的，在一个惯性系中同时发生的两个事件，相对另一个惯性系不同时；反之，在一个惯性系中不是同时发生的两个事件，相对另一个惯性系有可能同时. 3. 空间间隔与物体的运动有关，运动物体在运动方向上的长度发生缩短. 4. 时间间隔与物