大学物理(祝之光)第一章 质点运动 时间 空间.ppt

1-1 质点运动的描述之一 一 运动描述的相对性 三、 运动的叠加性 四、 运动方程和轨迹方程 五、 例题 1-2 质点运动的描述之二 一、 圆周运动的角量描述 二、 角量和线量的关系 三、 切向加速度和法向加速度 *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 预习要点 领会切向加速度和法向加速度的概念及物理意义；理解切向加速度、法向加速度和总加速度的关系. 领会圆周运动中角位移、角速度和角加速度的概念以及它们之间的关系. 了解线量和角量的关系. *3. 认识同一质点在不同坐标系中的位置矢量关系式、 速度关系式和加速度关系式. 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: 圆周运动加速度 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