物理：5.1《狭义相对论的基本原理》教案（粤教版选修3-4）

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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
设当与重合时作为记时的起点
同一事件：系中
系中
按经典观念： 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。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
中：
中：
有
由得，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。
即
且认为
因此：在中，有，得中
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：打排球，发点球
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：
km.s-1
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
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。
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。
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