第一节相对论的诞生
相对论
P事件
S ‘系
P ( x, y, z, t )
变换关系：如伽利略变换关系（经典） 洛仑兹变换关系（相对论）
§1 伽利略变换与力学相对性原理
一、伽利略变换
y
y
S ut
0 z
S
u
x x ut y y 伽利略变换 z z P ( x, y, z , t ) ( x , y, z , t ) t t
实验验证了孪生子效应确实是存在的。
孪生子佯谬
★两种时空观对照
经典时空观： 空间是绝对的，时间是绝对的，空间 、时间和物质运动三者没有联系。 相对论时空观： 1、时间、空间有着密切联系，时间、空间 与物质运动是不可分割的。 2、不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互 发现对方的钟走慢了。
3、不同惯性系各有自己的空间坐标，并相 互发现对方的“尺”缩短了。 4、作相对运动的两个惯性系中所测得的运动 物体的速度，不仅在相对运动的方向上的 分量不同，而且在垂直于相对运动方向上 的分量也不同
1、时间与空间不可分割 2、u<<c 退化为伽利略变换 3、u>c ,变换式失去意义， 光速是一切物体运动速率 的极限
两事件：
P ( x , y , z , t ) ( x , y , z , t )
S系
y
y
P1
u
P2
o z
o x x
（如发射炮弹） z P ( x , y , z , t ) ( x , y , z , t )
o z z
u
P1
o x x
P2
( x2 , t2 ) ( x2 , t2 )
u x 2 由洛仑兹变换有： t t2 t1 c 2 1
高中物理第五章相对论第一节狭义相对论的基本原理第二节时空相对性学案含解析粤教版选修
第一节 狭义相对论的基本原理第二节 时空相对性的科学探究思想和逻辑推理方法．一、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的． 二、狭义相对论的两个基本假设： 1．狭义相对性原理在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的； 2．光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．三、时间和空间的相对性 1．“同时”的相对性 “同时”是相对的．在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参考系中却可能“不同时”的．2．长度的相对性一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小．即l ′＝l 01－(v c)2式中l 是沿杆运动方向的长度，l 0是杆静止时的长度．3．时间间隔的相对性 从地面上观察，高速运动的飞船上时间进程变慢，飞船上的人则感觉地面上的时间进程变慢．Δt ′＝Δt1－(v c)2式中Δt ′是运动的参考系中测得的两事件的时间间隔，Δt 是静止的参考系中测得的两事件的时间间隔．四、相对论的时空观 1．经典物理学的时空观经典物理学认为时间和空间是脱离物质而存在的，是绝对的，时间和空间之间也是没有联系的．2．相对论的时空观相对论认为有物质才有时间和空间，时间和空间与物质的运动状态有关，因而时间与空间并不是相互独立的．预习交流学生讨论：什么是惯性系？什么是非惯性系？答案：牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系，例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木、房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋、树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立，这里加速的车厢就是非惯性系．相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．一、对狭义相对论的两个基本假设的理解1．如何理解经典相对性原理？答案：（1）惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．（2）这里的力学规律是指“经典力学规律”．（3）本原理可以有不同表示，比如：在一个惯性系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性参考系都是平权的．2．对光速不变原理如何理解？答案：我们经常讲速度是相对的，参考系选取不同，速度也不同，这是经典力学中速度的概念，但是1887年迈克耳孙—莫雷实验中证明的结论是：不论取怎样的参考系，光速都是一样的，也就是说光速的大小与选取的参考系无关，光的速度是从麦克斯韦方程组中推导出来的，它没有任何前提条件，所以这个速度不是指相对某个参考系的速度．3．学生讨论：试述当经典力学时空观遇到光速不变的实验事实这一困难时，爱因斯坦是如何解决的，它的意义如何．答案：爱因斯坦提出了两条基本假设即爱因斯坦相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．“光速不变原理”：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同．两条基本假设的提出解决了光速不变的困难．同时为狭义相对论的建立奠定了基础，使得人们的时空观发生了重大的变革，使得看似毫无联系的时间与空间紧密地联系在了一起．分析下列几种说法：（1）所有惯性系统对物理基本规律都是等价的．（2）在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动状态无关．（3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同．关于上述说法（）．A．只有（1）（2）是正确的B．只有（1）（3）是正确的C．只有（2）（3）是正确的D．三种说法都是正确的答案：D解析：狭义相对论认为：物体所具有的一些物理量可以因所选参考系的不同而不同，但它们在不同的参考系中所遵从的物理规律却是相同的，即（1）（2）都是正确的．“光速不变原理”认为：在不同的惯性参考系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都是相同的．（3）正确．对两个基本原理的正确理解：1．自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律．2．强调真空中的光速不变，指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向．3．几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理．二、对“同时”相对性的理解1．怎样理解同时的相对性？答案：同时是指两个事件发生的时刻是相同的，“相同”是观察者得出的结论，不同的观察者观察到的结果是不“相同”的．2．怎样理解时间间隔的相对性？答案：运动的时钟变慢：时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显，即运动着的时钟变慢．3．怎样理解经典时空观与相对论时空观的区别？答案：经典力学时空观：绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝，与任何外界无关；绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变．经典力学时空观的几个具体结论：（1）同时的绝对性：在一个参考系中的观察者在某一时刻观测到两个事件．对另一参考系中的观察者来说是同时发生的，即同时性与观察者做匀速直线运动的状态无关．（2）时间间隔的绝对性：任何事件所经历的时间，在不同的参考系中测量都是相同的，而与参考系的运动无关．（3）空间距离的绝对性：如果各个参考系中用来测量长度的标准相同，那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值，而与参考系的选择无关．相对论时空观：空间的大小、时间流逝的快慢都与物体运动的速度有关．4．如图所示：车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0相对于车厢分别向前后匀速运动．（1）在车厢内的观察者看来，两球是否同时到达两壁？（2）在地面上的观察者看来，两球是否同时到达两壁？答案：（1）在车厢内的观察者看来，两球同时到达两壁．（2）在地面上的观察者看来，两球不同时到达两壁．解析：（1）在车上的观察者看来，A球经时间t A＝L 2v0＝L2v0到达后壁，B球经时间t B＝L2v0＝L2v0到达前壁，因此两球同时到达前后壁．（2）在地面上的观察者看来，A球经时间t A′＝L 2v0＋v ＝L2(v0＋v)到达后壁，B球经时间t B′＝L2v0－v＝L2(v0－v)到达前壁，因此两球不同时到达前后壁．如图所示，在地面上M点固定一光源，在离光源等距离的A、B两点上固定有两个光接收器，今使光源发出一闪光，问：（1）在地面参考系中观测，谁先接收到光信号？（2）在沿AB方向高速运动的火车参考系中观测，谁先接收到光信号？答案：（1）同时收到（2）B先接收到解析：（1）因光源离A、B两点等距，光向A、B两点传播的速度相等，则光到达A、B 两点，所需要的时间相等，即在地面参考系中观测，两接收器同时收到光信号．（2）对于火车参考系来说，光源和A、B两接收器都沿BA方向运动，当光源发出的光向A、B传播时，A和B都沿BA方向运动了一段距离到达A′，B′，如图所示，所以光到达A′的距离长，到达B′的距离短，即在火车参考系中观测，B比A先收到光信号．1．经典物理学认为，同时发生的两件事在任何参考系中观察，结果都是同时的．2．相对论观点认为，“同时”是相对的，在一个参考系中看来是“同时”的，在另一个参考系中却可能是“不同时”的．三、长度的相对性如图所示，地面上的人看到杆的M 、N 两端发出的光同时到达他的眼睛，他读出N 、M 的坐标之差为l ，即地面上的观察者测得杆的长度为l 0，若在向右匀速运动的车上的观察者测得的杆长为l ，则l 和l 0是否相等？为什么？答案：不相等，l 0＞l ，因为车上的观察者看到N 端先发光，而M 端后发光，车上的观察者测得的长度l 比地上的观察者测得的长度l 0小，这是因为同时的相对性导致了长度的相对性．严格的数学推导告诉我们l 0和l 之间的关系为l ＝l 01－(vc)2，可见总有l ＜l 0．在一飞船上测得飞船的长度为100 m ，高度为10 m ．当飞船以0.60c 的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船有多高、多长？答案：10 m 80 m解析：因为长度收缩只发生在运动的方向上，与运动垂直的方向上没有这种效应，故测得的飞船的高度仍为原来高度10 m ．设飞船原长为l 0，观测到飞船的长度为l ，则根据尺缩效应有l ＝l 01－(v c )2＝100×1－(0.6c c)2m ＝80 m所以观测到飞船的高度和长度分别为10 m 、80 m ．1．在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．2．这种长度的变化是相对的，如果两条平行的杆在沿自己的长度方向上做相对运动，与它们一起运动的两位观察者都会认为对方的杆缩短了．3．由l ＝l 01－(v c)2知v 越小长度的变化越小．四、时间间隔的相对性一列高速火车上发生两个事件：假定车厢上安装着一个墨水罐，它每隔一定时间滴出一滴墨水．墨水在t 1、t 2两个时刻在地上形成P 、Q 两个墨点，设车上的观察者测得两事件间隔为Δt ，地面上的观察者测得两事件间隔为Δt ′，车厢匀速前进的速度为v ，试比较Δt ′和Δt 的大小．答案：Δt ＞Δt ′解析：车上观察者认为两个事件的时间间隔：Δt ＝t 2－t 1地面观察者认为两个事件的时间间隔：Δt ′＝t 2′－t 1′ 根据公式l ＝l 01－(v c)2，通过一定的数学推导可以得出：Δt ′＝Δt1－(v c)2，即Δt ＞Δt ′一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速度v ＝32c ）答案：60岁解析：飞船中的甲经时间Δt ′＝30年，地面上的乙经过的时间为Δt ＝Δt ′1－(v c)2＝301－(32c c)2年＝60年，可见乙这时60岁了． 1．由“同时”的相对性引起了长度的相对性．从而引起了时间的相对性．2．由Δt ′＝Δt1－(v c)2知，v 越大，Δt ′越短．1．某地发生洪涝灾害，灾情紧急，特派一飞机前往，飞机在某高度做匀速直线运动，投放一包救急品，灾民看到物品做曲线运动，飞行员看到物品做自由落体运动，物品刚好落到灾民救济处，根据经典时空观，则下列说法正确的是（ ）．A ．飞机为非惯性参考系B ．飞机为惯性参考系C ．灾民为非惯性参考系D ．灾民为惯性参考系 答案：BD解析：物品投放后，仅受重力作用，飞行员是初速度为零的自由落体运动，符合牛顿运动定律，故飞机为惯性参考系，B 对；而地面上的人员看物品做初速度不为零的抛体运动，也符合牛顿运动定律，D 也对．2．如图所示，强强乘速度为0.9c （c 为真空中的光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c ，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为（ ）．A ．0.4cB ．0.5cC ．0.9cD ．1.0c答案：D解析：根据爱因斯坦的狭义相对论，在一切惯性系中，光在真空中的传播速度都等于c ．故选项D 正确．3．麦克耳孙—莫雷实验说明了以下哪些结论（ ）． A ．以太不存在B ．光速的合成满足经典力学法则C ．光速不变D ．光速是相对的，与参考系的选取有关答案：AC解析：麦克耳孙—莫雷实验证明了光速不变的原理，同时也说明以太是不存在的． 4．假设地面上有一火车以接近光速的速度运行，车内站立着一个中等身材的人，站在路旁的人观察车里的人，观察的结果是（ ）．A ．这个人是一个矮胖子B ．这个人是一个瘦高个子C ．这个人矮但不胖D ．这个人瘦但不高 答案：D解析：取路旁的人为惯性系，车上的人相对于路旁的人高速运动，根据尺缩效应，人在运动方向上将变窄，但在垂直于运动方向上没有发生变化，故选D ．5．以8 km/s 的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1 min ，地面上的人认为它走过这1 min“实际”上花了多少时间？答案：（1＋3.6×10－10）min解析：卫星上观测到的时间为Δt ′＝1 min ，卫星运动的速度v ＝8×103m/s ，所以地面上观测到的时间为Δt ＝Δt ′1－v 2c 2＝11－(8×1033×108)2min＝（1＋3.6×10－10）min ．。
从爱因斯坦到霍金的宇宙章节测验答案
从爱因斯坦到霍金的宇宙章节测验答案第一章爱因斯坦和量子论与相对论的诞生一、物理学的开端：经验物理时期1、“给我一个支点，我就可以耗动地球”这句话是谁说的？（B、阿基米徳）A、欧儿里得B、阿基米徳C、亚里士多德D、伽利略2、相对论是关于（A、时空和引力）的基本理论，分为狭义相对论和广义相对论。
A、时空和引力B、时空和重力C、时间和空间D、引力和重力3、“吾爱吾师，吾更爱真理”这句话是谁说的？（C、亚里士多德）A、苏格拉底B、柏拉图C、亚里士多徳D、色诺芬4、下列人物中最早使用“物理学”这个词的是谁？（D、亚里斯多德）A、牛顿B、伽利略C、爱因斯坦D、亚里斯多徳5、“格物穷理”是由谁提出來的？（B、朱熹）A、张載B、朱熹C、陆九渊D、王阳明6、欧洲奴隶社会比中国时间长，中国封建社会比西方时间长。
（J）7、西方在中世纪有很多创造。
（X）8阿基米德是欧几里得的学生的学生。
（J ）二、伽利略与经典物理的诞生1、哪位古希腊哲学家认为万物都是由原子构成的（D、德谟克利特）A、亚里士多德B、毕达哥拉斯C、色诺芬D、徳谟克利特2、“地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之运也”体现了什么物理学原理？（A、相对性原理）A、相对性原理B、惯性原理C、浮力定理D、杠杆原理3、以下不属于伽利略的成就的是（B、发现万有引力）A、重述惯性定律B、发现万有引力C、阐述相对性原理D、自由落体定律4、惯性定律认为物体在不受任何外力的作用下，会保持下列哪种运动状态？（C、匀速直线）A、匀速曲线B、加速直线C、匀速直线D、加速曲线5、伽利略的逝世和牛顿的出生都是在1642年。
（J）6、伽利略认为斜面上的运动是冲淡了的自由落体运动。
（J）7、伽利略是奥地利物理学家，近代实验科学的先驱者。
（X）8、《关丁•托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》与《夭体运行论》都是伽利略的著作（X）三、经典物理的三大支柱：经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学1、物理学家焦耳是哪个国家的人？（C、英国）A、德国B、奥地利C、英国D、意大利2、以下哪一项属于经典物理的范畴（A、万有引力定律）A、万有引力定律B、热质学说C、量子论D、狭义相对性原理3、谁完成了光的双缝干涉实验，认识到光是横波，并提出了颜色的三色定理？（D、托马斯•杨）A、伽利略B、牛顿C、爱因斯坦D、托马斯•杨4、“热力学第三定律”的发现者是谁？（B、能斯特）A、克劳修斯B、能斯特C、开尔文D、焦耳5、以下哪个人没有提出“热力学第二定律” ？（C、迈尔）A、卡诺B、克劳修斯C、迈尔D、开尔文6、以下哪个人不是“热力学第一定律”的发现者？（D、能斯特）A、迈尔B、焦耳C、赫姆霍兹D、能斯特7、下面哪项不属于电磁学定律？（C、能斯特定理）A、库仑定律B、安培定律C、能斯特定理D、电磁感应定律8、牛顿的主要著作有《自然哲学的数学原理》和《光学》。
物理学的历史与思想-相对论的建立与发展
1919年，英国人爱丁
顿，率领一支考察队，利用
日全食,观察到光线的弯曲
现象，并拍摄了照片。相对
爱 丁
第六章 相对论的建立和发展
相对论的建立与发展
§6.1 相对论诞生的背景和先驱者的思想 §6.2 爱因斯坦与相对论
第六章 相对论的建立和发展
相对论——20 世纪自然科学最伟大的发现之 一。它是关于时空和引力的基本理论，揭示了物 质运动与时间、空间的关系，使物理学的发展和 人们的认识从低速运动进入高速运动领域。
根据麦克斯韦的电磁理论，光速“c”应为一常数， 与牛顿力学的速度叠加法则相矛盾。
• 物理学家面临两难的选择
对牛顿力学做一些顾此失彼的解释，修修补补？
OR?
彻底放弃，建立新理论？
第六章 相对论的建立和发展
2.爱因斯坦的相对论 • 爱因斯坦简介 • 相对论——时空观的革命 • 爱因斯坦创造奇迹的源泉
• 爱因斯坦简介
第六章 相对论的建立和发展
在英费尔德(L.Infeld)的《相对论的发展史》中记录了 一段他和爱因斯坦的一次谈话，英费尔德说“在我看来， 即使您没有建立它，狭义相对论的出现也不会再等多久。 因为彭加勒已经很接近构成狭义相对论的那些东西了。” 爱因斯坦回答说：“是的，这说的对。”
⑦彭加勒的局限： 遗憾的是，彭加勒最终未能认识到抛弃以太的必要性，
第六章 相对论的建立和发展
➢ 洛伦兹的收缩假说（与爱因斯坦狭义相对论不同）
①以静止以太为出发点，在保持麦克斯韦方程不变的条件 下创立起来的“构造性”理论；
相对论
2 2
2
S
S
2 2
u
x x 1 - u c l cos 1 - u c
y y l sin
2 2 2
o o
2
u 12 l (x) (y) l (1 - cos 2 ) c l sin arctan l cos 1 - u 2 c 2
v
o与o’重合时，
o
t t 0
x’ x - vt y y’ z z’ t t’
z z’ vx - v v’ x vy v’ y vz v’ z
o
x
x
a’ ax x ay a’ y
a a’ z z
二、力学（牛顿）相对性原理
S
x
o
z
1
o
z’
v 1- 2 c
2
x ( x - vt ) y y z z vx t ( t - 2 ) c
x
y S
vt
y S
v
P
(x ,y ,z,t ) ( x’ , y’ , z’ , t’)
o
z
z’
o
x
x
逆变换
x
x - vt 1- v c
2 2
v t- 2 x c y y z z t 2 2 1- v c
5、时间和空间的坐标都是实数， 变换式中 不应该出现虚数；
v>c 变换无意义， 光速是自然界的极限速度.
v 2 1- ( ) c
6、洛仑兹变换与伽利略变换本质不同，但是在低速 宏观世界范围内洛仑兹变换可以还原为伽利略变换。
二、时间延缓——运动时钟变慢
相对论发展史
9月
（11月发表）
爱因斯坦生平（Ⅱ）
1909-1914 进入大学工作（苏黎士，布 拉格等地）
1914-1933 柏林大学教授，德国物理研 究所所长、院士
1915
提出广义相对论（36岁）
1933-1955 美国普林斯顿大学高级研究
所研究员
1955年4月18日 逝世
二.狭义相对论
光波是“以太”的弹性振动。 以太相对于地球运动吗？ 光行差现象（1728，1810）：以太相
洛伦兹变换：相对于绝对空间的变换
z ' z ·正确表述“相对性原理”
中，小学时代 德国慕尼黑 提出地方时间
广义相对论的三个实验验证
以太相对于地球运动吗？
t (t vx / c ) / 1 v / c ' （1887 佛格特，1898 拉摩）
1914-1933 柏林大学教授，德国物理研
2
22
爱因斯坦的新理论
暗能量 动力学暗能量 广义相对论在宇观尺度失效
0.5% 4% 0.3% 29%
65%
黑洞
r
r 2GM (视界） c 2 r=0奇点
洞外 洞内
t 时间 空间
r 空间 时间
信息疑难
霍金
(S.W.Hawking)
索恩
(Kip.Throne)
普瑞斯基
(John Preskill )
2004年7月21日,霍金 “我输了”
相对论发展史
一. 两朵乌云
1900，开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未
来的物理学家只需要做些修修补补 的工作就行了。但是，明朗的天空 还有两朵乌云：一朵与黑体辐射有 关，另一朵与迈克尔逊实验有关。
第一朵乌云：黑体辐射
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课堂小结
一、相对性原理 相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的 在任何惯性系 力学规律在任何惯性系中都是相同的 二、相对性原理与电磁规律发生矛盾 相对性原理与电磁规律发生矛盾 三、狭义相对论的两个基本假设 1、狭义相对性原理 在不同的惯性参考系 一切物理规律都是相同的 惯性参考系， 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的 2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的 在不同的惯性参考系中是相同 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的， 光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。 光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
第一节相对论的诞生
安陆市第一高级中学
19世纪末物理学取得了巨大的成就： 19世纪末物理学取得了巨大的成就： 世纪末物理学取得了巨大的成就
牛顿力学 热力学 统计物理学 电磁场理论
形成了完整的科学体系，并被赞誉为： 形成了完整的科学体系，并被赞誉为： “一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂” 一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”
例1
甲、乙两同学在平直的马路上骑车匀速向东 行驶，甲同学的速度为v =10m/s， 行驶，甲同学的速度为v1=10m/s，乙同学 的速度为v =15m/s， 的速度为v2=15m/s，乙同学相对于甲同学 的速度大小是多少？ 的速度大小是多少？ 15m/s-10m/s＝ V ＝ v2 - v1＝15m/s-10m/s＝5m/s
二、相对性原理与电磁规律
v
光速＝ 光速＝ c
光速＝ 光速＝ c − v
但是实验现象表明， 但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎 样的相对运动，光速都是恒定的． 样的相对运动，光速都是恒定的．
二、相对性原理与电磁ห้องสมุดไป่ตู้律
19世纪后半叶和20世纪初， 19世纪后半叶和20世纪初，物 世纪后半叶和20世纪初 理学家们曾经猜想，有一种叫 理学家们曾经猜想， 以太的介质 弥漫在宇宙中， 的介质， 做以太的介质，弥漫在宇宙中， 它是电磁波传播时所需要的介 质，拿以太做参考系时麦克斯 韦的电磁理论才成立． 韦的电磁理论才成立．今天看 来，以太是某一特殊参考系的 代表． 代表．麦克尔逊实验表明不存 在这样的特殊参考系， 在这样的特殊参考系，实际上 就是宣布宇宙间不存在以太． 就是宣布宇宙间不存在以太．
麦 克 尔 逊 莫 雷 实 验
二、相对性原理与电磁规律
上述的矛盾使物理学家面临两个选择 修补：修正现有的理论， 修补：修正现有的理论，去迎合实验结果 （这相对比较容易，但常常无效） 这相对比较容易，但常常无效） 创新：彻底摆脱“ 创新：彻底摆脱“麦克斯韦电磁理论只适用 于某一特殊的惯性系” 创立全新的理论。 于某一特殊的惯性系”，创立全新的理论。 爱因斯坦等人选择了后者， 爱因斯坦等人选择了后者，并提出了两假设
一、经典的相对性原理
相对性原理是作为基本假设提出来的， 相对性原理是作为基本假设提出来的，它之所以为人们接 受承认， 受承认，一方面是牛顿力学在解决力学问题获得的巨大成 另一方面观察结果与人们的经验相符。 功；另一方面观察结果与人们的经验相符。 但是十九世纪中叶， 但是十九世纪中叶，人们在研究与物体运动有关 的电磁现象时， 的电磁现象时，发现电磁现象的规律不符合相对性原 理
对两个基本原理的正确理解
①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁 自然规律不仅包括力学规律， 学规律等其他所有的物理学规律； 学规律等其他所有的物理学规律； ②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于 光源或观察者的运动， 光源或观察者的运动，也不依赖于光的传 播方向 ③几十年来科学家采用各种先进的物理技术 测量光速，结果都不违背光速不变原理。 测量光速，结果都不违背光速不变原理。
三、狭义相对论的两个基本假设
1、狭义相对性原理 在不同的惯性参考系， 在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的 2、光速不变原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的， 真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的， 光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。 光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。 就是在看来如此简单且最一般的两个假设的基 础上爱因斯坦建立了一套完整的理论—— ——狭义 础上爱因斯坦建立了一套完整的理论——狭义 相对论
一、经典的相对性原理
1、惯性系： 惯性系： 牛顿运动定律成立的参考系 相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的另一个参考系 也是惯性系 2、伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的 还可表述为： 还可表述为：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验 都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀 速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的。 速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的。
其中最典型的就是光速的问题 其中最典型的就是光速的问题 光速
二、相对性原理与电磁规律
19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达到了顶 19世纪末电磁理论在麦克斯韦的推动下达到了顶 峰。他的成就在于将当时所有的已知的电磁 学的知识归纳集中于四个方程之中
由麦克斯韦方程组直接得出：电磁波的速度等于光速 由麦克斯韦方程组直接得出： 并不涉及参考系的问题， C，并不涉及参考系的问题，麦克斯韦的电磁理论相 对哪个参考系成立？ 对哪个参考系成立？
德国物理学家普朗克立志要献身理论物理学时，他的 德国物理学家普朗克立志要献身理论物理学时， 老师也劝他说： 年轻人， 老师也劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成的了 的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科， 的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科， 太可惜了。 当时的物理学已发展到了巅峰状态。 太可惜了。”当时的物理学已发展到了巅峰状态。 1900年英国皇家学会的新年庆祝会上 年英国皇家学会的新年庆祝会上， 在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理 学家，威廉.汤姆孙， 学家，威廉.汤姆孙，回顾了物理在过去几百年中的发 充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成， 展，充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，未 来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。 来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。 同时他也承认： 同时他也承认： 明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云” “明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”