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1、第一节第一节第一节第一节伽利略变换伽利略变换伽利略变换伽利略变换 经典时空观经典时空观经典时空观经典时空观一、狭义相对论建立过程一、狭义相对论建立过程 狭义相对论的建立经历了几十年的时狭义相对论的建立经历了几十年的时间，间，1905年爱因斯坦发表了年爱因斯坦发表了论动体的电论动体的电动力学动力学宣告了相对论的诞生。宣告了相对论的诞生。 十九世纪末二十世纪初，由于力学、十九世纪末二十世纪初，由于力学、电磁场理论和经典统计物理学的相继建立，电磁场理论和经典统计物理学的相继建立，不少物理学业家认为物理学的大厦已基本不少物理学业家认为物理学的大厦已基本建成，物理理论上的一些原则问题已经解建成，物理理论
2、上的一些原则问题已经解决，今后的任务就是在已知规律的公式中决，今后的任务就是在已知规律的公式中的小数点后面加上几位数字就行了，的小数点后面加上几位数字就行了，但是好景不长，在物理学晴朗的天空上出但是好景不长，在物理学晴朗的天空上出现了两朵乌云，现了两朵乌云，黑体辐射实验黑体辐射实验量子理论诞生量子理论诞生 当时当时26岁的爱因斯坦是瑞士专利局的岁的爱因斯坦是瑞士专利局的一名雇员，他建立狭义相对论，在国际理一名雇员，他建立狭义相对论，在国际理论学界已成为知名人士，但瑞士的教授们论学界已成为知名人士，但瑞士的教授们表示怀疑，不愿接纳这位怪人，在世界上表示怀疑，不愿接纳这位怪人，在世界上他的知音也寥
3、寥无几，只有德国的理论权他的知音也寥寥无几，只有德国的理论权威，量子力学的创始人普朗克将爱因斯坦威，量子力学的创始人普朗克将爱因斯坦誉为二十世纪的哥白尼。誉为二十世纪的哥白尼。迈克尔逊干涉仪实验迈克尔逊干涉仪实验相对论诞生相对论诞生阿尔伯特爱因斯坦（阿尔伯特爱因斯坦（阿尔伯特爱因斯坦（阿尔伯特爱因斯坦（AlbertAlbertAlbertAlbertEinsteinEinsteinEinsteinEinstein）1879187918791879年年年年3 3 3 3月月月月14141414日出生在日出生在日出生在日出生在德国西南距离慕尼黑八十五哩的乌德国西南距离慕尼黑八十五哩的乌德国西南距离
4、慕尼黑八十五哩的乌德国西南距离慕尼黑八十五哩的乌耳姆城耳姆城耳姆城耳姆城( ( ( (UlmUlmUlmUlm) ) ) )。父母都是犹太人。父父母都是犹太人。父父母都是犹太人。父父母都是犹太人。父亲赫尔曼爱因斯坦和叔叔雅各布亲赫尔曼爱因斯坦和叔叔雅各布亲赫尔曼爱因斯坦和叔叔雅各布亲赫尔曼爱因斯坦和叔叔雅各布爱因斯坦合开了一个制造电器设爱因斯坦合开了一个制造电器设爱因斯坦合开了一个制造电器设爱因斯坦合开了一个制造电器设备的小工厂。母亲玻琳是受过中等备的小工厂。母亲玻琳是受过中等备的小工厂。母亲玻琳是受过中等备的小工厂。母亲玻琳是受过中等教育的家庭妇女，非常喜欢音乐，教育的家庭妇女，非常喜欢音乐
5、，教育的家庭妇女，非常喜欢音乐，教育的家庭妇女，非常喜欢音乐，在小爱因斯坦六岁时就教导他拉小在小爱因斯坦六岁时就教导他拉小在小爱因斯坦六岁时就教导他拉小在小爱因斯坦六岁时就教导他拉小提琴。提琴。提琴。提琴。这是一个和睦、愉快的家庭。亲人们深爱着小爱因斯坦，但都这是一个和睦、愉快的家庭。亲人们深爱着小爱因斯坦，但都这是一个和睦、愉快的家庭。亲人们深爱着小爱因斯坦，但都这是一个和睦、愉快的家庭。亲人们深爱着小爱因斯坦，但都为他的智力发育感到担忧。爱因斯坦小时候并不活泼，三岁多为他的智力发育感到担忧。爱因斯坦小时候并不活泼，三岁多为他的智力发育感到担忧。爱因斯坦小时候并不活泼，三岁多为他的智力发育感
6、到担忧。爱因斯坦小时候并不活泼，三岁多还不会讲话，父母很担心他是哑巴，带他去给医生检查。还好还不会讲话，父母很担心他是哑巴，带他去给医生检查。还好还不会讲话，父母很担心他是哑巴，带他去给医生检查。还好还不会讲话，父母很担心他是哑巴，带他去给医生检查。还好小爱因斯坦不是哑巴可是直到九岁时讲话还不很通畅，所讲的小爱因斯坦不是哑巴可是直到九岁时讲话还不很通畅，所讲的小爱因斯坦不是哑巴可是直到九岁时讲话还不很通畅，所讲的小爱因斯坦不是哑巴可是直到九岁时讲话还不很通畅，所讲的每一句话都必须经过吃力但认真的思考。小爱因斯坦是一个诚每一句话都必须经过吃力但认真的思考。小爱因斯坦是一个诚每一句话都必须经过吃力
7、但认真的思考。小爱因斯坦是一个诚每一句话都必须经过吃力但认真的思考。小爱因斯坦是一个诚实的孩子，从不做违心的或骗人的事。实的孩子，从不做违心的或骗人的事。实的孩子，从不做违心的或骗人的事。实的孩子，从不做违心的或骗人的事。在四、五岁时，爱因斯坦有一次在四、五岁时，爱因斯坦有一次在四、五岁时，爱因斯坦有一次在四、五岁时，爱因斯坦有一次卧病在床，父亲送给他一个罗盘。当卧病在床，父亲送给他一个罗盘。当卧病在床，父亲送给他一个罗盘。当卧病在床，父亲送给他一个罗盘。当他发现指南针不断地指着固定的方向他发现指南针不断地指着固定的方向他发现指南针不断地指着固定的方向他发现指南针不断地指着固定的方向时，感到非
8、常惊奇，觉得一定有什么时，感到非常惊奇，觉得一定有什么时，感到非常惊奇，觉得一定有什么时，感到非常惊奇，觉得一定有什么东西深深地隐藏在这现象后面。他一东西深深地隐藏在这现象后面。他一东西深深地隐藏在这现象后面。他一东西深深地隐藏在这现象后面。他一连几天很高兴的玩这罗盘，还纠缠着连几天很高兴的玩这罗盘，还纠缠着连几天很高兴的玩这罗盘，还纠缠着连几天很高兴的玩这罗盘，还纠缠着父亲和雅各布叔叔问了一连串问题。父亲和雅各布叔叔问了一连串问题。父亲和雅各布叔叔问了一连串问题。父亲和雅各布叔叔问了一连串问题。尽管他连尽管他连尽管他连尽管他连“磁磁磁磁”这个词都说不好，但这个词都说不好，但这个词都说不好，但
9、这个词都说不好，但他却顽固地想要知道指南针为什么能他却顽固地想要知道指南针为什么能他却顽固地想要知道指南针为什么能他却顽固地想要知道指南针为什么能指南。这种深刻和持久的印象，爱因指南。这种深刻和持久的印象，爱因指南。这种深刻和持久的印象，爱因指南。这种深刻和持久的印象，爱因斯坦直到六十七岁还能鲜明的回忆出斯坦直到六十七岁还能鲜明的回忆出斯坦直到六十七岁还能鲜明的回忆出斯坦直到六十七岁还能鲜明的回忆出来。来。来。来。爱因斯坦在念小学和中学时，一般功课属平常，唯有数学爱因斯坦在念小学和中学时，一般功课属平常，唯有数学爱因斯坦在念小学和中学时，一般功课属平常，唯有数学爱因斯坦在念小学和中学时，一般功
10、课属平常，唯有数学成绩远在全班同学之上。由于他举止缓慢，不爱同人交往，老成绩远在全班同学之上。由于他举止缓慢，不爱同人交往，老成绩远在全班同学之上。由于他举止缓慢，不爱同人交往，老成绩远在全班同学之上。由于他举止缓慢，不爱同人交往，老师和同学都不喜欢他。师和同学都不喜欢他。师和同学都不喜欢他。师和同学都不喜欢他。 爱因斯坦对于科学事业的伟大贡爱因斯坦对于科学事业的伟大贡爱因斯坦对于科学事业的伟大贡爱因斯坦对于科学事业的伟大贡献是多方面的。他不仅仅是相对论的献是多方面的。他不仅仅是相对论的献是多方面的。他不仅仅是相对论的献是多方面的。他不仅仅是相对论的创始人，而且是一位多学科的理论研创始人，而且
11、是一位多学科的理论研创始人，而且是一位多学科的理论研创始人，而且是一位多学科的理论研究家。即使他不是相对论的创始人，究家。即使他不是相对论的创始人，究家。即使他不是相对论的创始人，究家。即使他不是相对论的创始人，他仍然是科学史上最伟大的物理学家他仍然是科学史上最伟大的物理学家他仍然是科学史上最伟大的物理学家他仍然是科学史上最伟大的物理学家之一。他的科学业绩主要包括四个方之一。他的科学业绩主要包括四个方之一。他的科学业绩主要包括四个方之一。他的科学业绩主要包括四个方面：早期对布朗运动的研究；狭义相面：早期对布朗运动的研究；狭义相面：早期对布朗运动的研究；狭义相面：早期对布朗运动的研究；狭义相对论
12、的创建；推动量子力学的发展；对论的创建；推动量子力学的发展；对论的创建；推动量子力学的发展；对论的创建；推动量子力学的发展；建立了广义相对论，开辟了宇宙学的建立了广义相对论，开辟了宇宙学的建立了广义相对论，开辟了宇宙学的建立了广义相对论，开辟了宇宙学的研究途径。研究途径。研究途径。研究途径。1905190519051905年创建的狭义相对论年创建的狭义相对论年创建的狭义相对论年创建的狭义相对论和和和和1921192119211921年创建的广义相对论是爱因斯年创建的广义相对论是爱因斯年创建的广义相对论是爱因斯年创建的广义相对论是爱因斯坦的最重要的科学研究成果，而坦的最重要的科学研究成果，而坦的
13、最重要的科学研究成果，而坦的最重要的科学研究成果，而1921192119211921年的诺贝尔物理学奖金则是由于他提年的诺贝尔物理学奖金则是由于他提年的诺贝尔物理学奖金则是由于他提年的诺贝尔物理学奖金则是由于他提出了光的量子概念和发现了光电效应出了光的量子概念和发现了光电效应出了光的量子概念和发现了光电效应出了光的量子概念和发现了光电效应定律而获得的。列宁高度称誉他是一定律而获得的。列宁高度称誉他是一定律而获得的。列宁高度称誉他是一定律而获得的。列宁高度称誉他是一位伟大的自然科学革新家。位伟大的自然科学革新家。位伟大的自然科学革新家。位伟大的自然科学革新家。 二、伽利略变换二、伽利略变换经典的
14、时空观中时间、空间是不相干的。经典的时空观中时间、空间是不相干的。 运动的描写是相对的，不同参照系下运动的描写是相对的，不同参照系下运动的描写不同。选取两个参照系，描写运动的描写不同。选取两个参照系，描写同一个质点运动的坐标、速度、加速度。同一个质点运动的坐标、速度、加速度。1. .伽利略坐标变换伽利略坐标变换一个参照系静止一个参照系静止- S 系，系，另一个参照系沿另一个参照系沿 ox 轴以轴以 u 运动运动- S 系系，时两坐标重合时两坐标重合t 时刻质点在两参照时刻质点在两参照系下的坐标系下的坐标2. .注意几点注意几点.经典时空中长度的量度是绝对的。经典时空中长度的量度是绝对的。如在如
15、在 S 和和 S 系中量系中量度同一物体的长度度同一物体的长度是相同的。是相同的。.绝对同时性。绝对同时性。.经典时空中时间的量度是绝对的。经典时空中时间的量度是绝对的。在在 S 和和 S 系中时间量度相同。系中时间量度相同。 在在 S 系同时发生的两个事件，在系同时发生的两个事件，在 S 系系 中也是同时发生的。中也是同时发生的。由由3. .伽利略速度变换伽利略速度变换由坐标变换公式对时间求导由坐标变换公式对时间求导经典时空中速度满足速度叠加原理。经典时空中速度满足速度叠加原理。经典时空中速度满足速度叠加原理。经典时空中速度满足速度叠加原理。4. .伽利略加速度变换伽利略加速度变换由速度变换
16、公式对时间求导由速度变换公式对时间求导同样有同样有不同惯性系下，描写同一质点的加速度相不同惯性系下，描写同一质点的加速度相同。同。 即经典时空中牛顿第二定律适用于任即经典时空中牛顿第二定律适用于任何惯性系。何惯性系。在惯性系中所有力学规律相同在惯性系中所有力学规律相同三、经典时空观三、经典时空观 经典时空观中时间与空间都是绝对的，经典时空观中时间与空间都是绝对的，彼此无关。彼此无关。1.长度不变，长度不变，2.时间不变，时间不变，3.速度相加，速度相加，4.绝对同时性，绝对同时性，5.质量不变，质量不变，6.惯性系中所有力学规律相同。惯性系中所有力学规律相同。设计制作设计制作设计制作设计制作干耀国干耀国干耀国干耀国山东科技大学济南校区山东科技大学济南校区1.伽利略变换、经典时空观伽利略变换、经典时空观
