第十五章  狭义相对论

一、教学要求

1．了解伽利略相对性原理，了解伽利略变换、绝对时空观及牛顿力学的困难。
2．了解迈克尔逊-莫雷实验的目的和结论。
3．理解狭义相对性原理和光速不变原理。
4．掌握洛仑兹变换及基本推导过程。
5．掌握狭义相对论的时空观。
6．掌握质速关系、相对论动量公式、相对论动能公式、相对论能量公式以及能量和动量关系式。

二、教学安排

本章内容计划6学时。

三、教学基本内容

1．力学相对性原理、伽利略变换和绝对时空观及牛顿力学的困难。
（1）力学相对性原理
    对于一切惯性系，力学规律具有协变性。换言之，在研究力学现象的规律时，所有惯性系都是等价的。因而，在任一惯性系中，不论用何种力学实验方法，都无法判定该惯性系是静止还是作匀速直线运动。
（2）伽利略变换
    
     是一组惯性系之间的时空变换关系，是线性变换。
（3）经典力学的时空观
    时间是绝对的，时间间隔是绝对的，空间间隔也是绝对的。
2．迈克尔逊--莫雷实验
    该实验的否定结果，表明不存在绝对参照系（以太）。
3．洛仑兹变换
    
      洛仑兹变换是一组惯性系之间的时空变换关系，是线性变换，它满足狭义相对性原理和光速不变原理，同时在低速情况下，洛仑兹变换和伽利略变换是等价的。
4．狭义相对论的时空观
（1）同时是相对的，非因果事件的时序是相对的，但因果事件的时序是绝对的。
（2）时间延缓效应
     
     称为固有时，它表示两个同地事件的时间间隔。
（3）长度收缩效应
     
     称为固有长度。 ,对x2和x1的测量是同时的。
5．狭义相对论的质速关系、动量公式和动力学方程。
（1）质速关系
    
（2）动量公式
    
（3）动力学方程
      
6．相对论能量
（1）动量公式：
    
（2）能量公式：
     
（3）能量和动量关系式：
     

四、重点难点

1．狭义相对论的两个基本原理。
2．洛仑兹变换。
3．狭义相对论时空观。
4．质速关系、质能关系、能量和动量关系。

五、基本题型

1．洛仑兹变换式的应用
     洛仑兹变换是同一事件在不同惯性系中时空坐标变换关系，解题时必须注意两组时空坐标 和 代表的是否为同一事件。洛仑兹变换和逆变换是等价的，在解题时利用同地事件和同时事件的特殊性，恰当地选择变换形式，会给解题带来方便。
2．有关时间、空间的量度
     利用尺缩效应 解题时，注意 表示固有长度， 表示运动长度，相应的两个时空事件，在S系看来是同时事件，在 来看是非同时事件。
     利用时延效应 解题时，注意 是固有时，相应的两个时空事件，在S系来看是非同地事件，在 系来看是同地事件。
     牢记：固有长度最长，固有时最短。
3．相对论动力学几个基本关系式的综合应用
     在相对论的动力学计算中，动量定理、动能定理、动量守恒定律和能量守恒定律仍然成立，在使用这些定理定律时，应注意它们的表述形式。