《新编基础物理学》学习指导 第4章 狭义相对论
43 第4章 狭义相对论
一、基本要求
1．掌握运动时间延缓和运动长度收缩原理；
2．理解质速关系和质能关系。
二、基本内容
（一）本章重点和难点：
重点：狭义相对论时空观中运动时间延缓和运动长度收缩。
难点：相对论动力学中质能关系。
（二）知识网络结构图：
)(2mc（E）质能关系运动质量变大质速关系相对论动力学运动长度收缩运动时间延缓相对论运动学光速不变原理爱因斯坦相对性原理基本原理
（三）容易混淆的概念：
1.静止长度和运动长度
静止长度0l，也称固有长度，即观察者和被测物体在同一参照系所测长度；运动长度l，即观察者和被测物体不在同一参照系所测长度。
2. 静止时间和运动时间
静止时间0，也称固有时，即观察者和被测事件在同一参照系所测时间；运动时间，即观察者和被测事件不在同一参照系所测时间。
3.总能量、静能量和动能
总能量E由爱因斯坦质能关系式,等于动质量和光速的平方的乘积；静能量0E等于静质量和光速的平方的乘积；动能kE即总能量与静能量之差。
（四）主要内容：
1．经典力学的相对性原理： 狭义相对论基本原理
运动长度收缩 运动时间延缓 运动质量变大
相对论动量 质能关系 《新编基础物理学》学习指导 第4章 狭义相对论
44 一切彼此相对作匀速直线运动的诸惯性系中的力学规律是一样的。即力学规律的数学形式都是相同的。
2．狭义相对论基本原理：
（1）爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有惯性参考系内都是等价的。
（2）光速不变原理：在所有惯性系中，光在真空中的速度恒等于c。
3．洛伦兹变换：
若SS、分别为两惯性系，S系相对S系以v沿x轴运动，在0tt时两系重合，则一质点（或一事件）在S系中的时空坐标（x、y、z、t）与在S系中的时空坐标（x、y、z、t）之间的关系为洛伦兹时空变换。
第6章狭义相对论
要求掌握§1—§3和§6，其中重点是§2和§3。基本要求、重点如下。
1．历史背景和实验基础
① 经典时空理论主要特征：绝对时间和空间，时空独立性，伽利略变换；
② 对麦克斯韦方程可变性的几种观点，以太；
③ 麦克尔逊－莫雷实验：目的，实验中的假定，实验装置，结果及意义。
2． 狭义相对性基本原理
① 相对性原理与光速不变原理
② 间隔不变性2'2SS
③ 洛伦兹变换222'''22'11cvxcvttzzyycvvtxx
3．时空理论
① 同时的相对性；
② 运动尺度收缩220cvlll，固有长度，收缩是相对的；
③ 运动时钟延缓,221cvt，固有时间，延缓也是相对的；
4.速度变换公式222'222'2'11111cvucvuucvucvuucvuvuuxzzxyyxxx
5．相对论力学 ① 运动质量2201cvmm
② 物体的动量 vmP
③ 物体的能量 2mcW，动量00(mmWWT）2c
④ 能量动量和质量之间的关系式：40222cmcPW
（对于光子，WkPPcWm,,,00）
⑤ 运动定律 dtPdF（在相对论中amF），dtdWvF
105．从狭义相对论理论可知在不同参考系观测，两个事件的 （ 3 ）
①空间间隔不变 ②时间间隔不变 ③时空间隔不变 ④时空间隔可变
106．狭义相对论的相对性原理是 （ 4 ）
①麦克尔逊实验的结果 ②洛仑兹变化的直接推论
③光速不变原理的表现形式 ④物理学的一个基本原理
107．狭义相对论光速不变原理的内容是 （ 4 ）
大 学 物 理 简 明 教 程 教 案
1
大学物理学
授课章节 第13章 狭义相对论
教学目的 1. 理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理及洛伦兹坐标、速度变换式；
2. 掌握狭义相对论的时空观：即理解同时的相对性、长度的收缩和时间的膨胀，并能进行相关的计算；
3. 了解狭义相对论动力学的几个结论及其具体应用。
教学重点、难点 1. 正确地理解相对论的时空观；
2. 掌握洛伦兹变换的物理意义；
3. 理解长度收缩效应只发生在运动方向上；
4. 理解“时间膨胀”效应是指运动着的钟比静止的钟慢；
5. 在相对论动力学中，动能不能用221mv进行计算，只能用202cmmcEK进行计算；
6. 在经典物理中能量守恒律与质量守恒律彼此独立。而在相对论中通过质能关系式把两个定律统一起来了。即在相对论中能量守恒与质量守恒总是同时成立的。
教学内容 备注
第十三章 狭义相对论
相对论研究的内容：研究物质的运动与空间、时间的联系。
狭义相对论：研究自然定律在所有惯性系中都表示为相同的形式（数学）问题。
广义相对论：研究自然定律在所有参照系中都表示为相同的形式（数学）问题。
§13.1 伽利略变换 力学相对性原理
一、伽利略变换 经典力学时空观
1、伽利略坐标变换方程：
如图，两个参照系的坐标轴互相平行，参照系S相对于参照系S沿x轴的正方向以速度u运动，时间0tt时、两坐标系的原点o和o重合。则某一空—时点的坐标变换方程为
ttzzyyutxx 或
ttzzyytuxx
大 学 物 理 简 明 教 程 教 案
2
大学物理学 2、经典力学时空观
伽利略坐标变换方程已经对时间、空间性质作了两条假设：（1）tt，tt，即时间间隔与参考系的运动状态无关；（2）LL，即空间长度与参考系的运动状态无关。（同时测量棒两端点的坐标值），总之，时间和空间是彼此独立的，互不相关，并且不受物质和运动的影响，这就是经典力学的时空观，也称绝对时空观。
第6章狭义相对论
要求掌握§1—§3和§6，其中重点是§2和§3。基本要求、重点如下。
1．历史背景和实验基础
① 经典时空理论主要特征：绝对时间和空间，时空独立性，伽利略变换；
② 对麦克斯韦方程可变性的几种观点，以太；
③ 麦克尔逊－莫雷实验：目的，实验中的假定，实验装置，结果及意义。
2． 狭义相对性基本原理
① 相对性原理与光速不变原理
② 间隔不变性2'2SS
③ 洛伦兹变换222'''22'11cvxcvttzzyycvvtxx
3．时空理论
① 同时的相对性；
② 运动尺度收缩220cvlll，固有长度，收缩是相对的；
③ 运动时钟延缓,221cvt，固有时间，延缓也是相对的；
4.速度变换公式222'222'2'11111cvucvuucvucvuucvuvuuxzzxyyxxx
5．相对论力学 ① 运动质量2201cvmm
② 物体的动量 vmP
③ 物体的能量 2mcW，动量00(mmWWT）2c
④ 能量动量和质量之间的关系式：40222cmcPW
（对于光子，WkPPcWm,,,00）
⑤ 运动定律 dtPdF（在相对论中amF），dtdWvF
105．从狭义相对论理论可知在不同参考系观测，两个事件的 （ 3 ）
①空间间隔不变 ②时间间隔不变 ③时空间隔不变 ④时空间隔可变
106．狭义相对论的相对性原理是 （ 4 ）
①麦克尔逊实验的结果 ②洛仑兹变化的直接推论
③光速不变原理的表现形式 ④物理学的一个基本原理
107．狭义相对论光速不变原理的内容是 （ 4 ）
