伽利略相對(duì)性原理課件

引入物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由力學(xué)定律給出同一物體的同一運(yùn)動(dòng)相對(duì)不同參考系其運(yùn)動(dòng)描述不同，因此討論物體的運(yùn)動(dòng)離不開參考系討論物體的運(yùn)動(dòng)離不開力學(xué)定律，也離不開參考系力學(xué)規(guī)律是否與參考系有關(guān)？即相對(duì)于不同的參考系,經(jīng)典力學(xué)定律的形式是完全一樣的嗎？1引入物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由力學(xué)定律給出同一物體的同一運(yùn)動(dòng)相對(duì)§1.6伽利略的相對(duì)性原理2§1.6伽利略的相對(duì)性原理2一:三個(gè)概念1、坐標(biāo)變換若用兩個(gè)坐標(biāo)系對(duì)同一個(gè)物體進(jìn)行描述,則將該物體的坐標(biāo)從一個(gè)坐標(biāo)系變換到另一個(gè)坐標(biāo)系的操作,稱為坐標(biāo)變換。2、變換法則如果將描述物體的某個(gè)物理量在一個(gè)坐標(biāo)系中的各個(gè)分量用另一個(gè)坐標(biāo)系中的各個(gè)分量表達(dá)出來(lái)，這組表達(dá)式稱為該物理量的變換法則伽利略變換就是一種變換法則3一:三個(gè)概念1、坐標(biāo)變換若用兩個(gè)坐標(biāo)系對(duì)同一個(gè)物體進(jìn)行描述AB

小車以較低的速度沿水平軌道先后通過(guò)點(diǎn)A和點(diǎn)B。地面上人測(cè)得車通過(guò)A、B兩點(diǎn)間的距離和時(shí)間與車上的人測(cè)量結(jié)果相同.經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為：1）空間的量度是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)；2）時(shí)間的量度也是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)。3、經(jīng)典（絕對(duì)）時(shí)空觀時(shí)間和空間均與參考系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，時(shí)間和空間是不相聯(lián)系的，是絕對(duì)的4AB小車以較低的速度沿水平軌道先后通過(guò)兩個(gè)參考系（約定系統(tǒng)）重合時(shí)，計(jì)時(shí)開始。如圖，S，S'相應(yīng)坐標(biāo)軸保持平行，X，X'

軸重合，S'相對(duì)S以速度u沿軸作勻速直線運(yùn)動(dòng)。二.伽利略變換5兩個(gè)參考系（約定系統(tǒng)）重合時(shí)，計(jì)時(shí)開始。如圖，S，S三.伽利略變換位置坐標(biāo)變換公式*逆變換:正變換:6三.伽利略變換位置坐標(biāo)變換公式*逆變換:正變換:6伽利略變換在兩個(gè)慣性系中分析描述同一物理事件：

t時(shí)刻，物體到達(dá)P點(diǎn)在t＝0

時(shí)刻，物體在O

點(diǎn),S

,

S'

系重合。t

時(shí)刻，物體到達(dá)P點(diǎn)P(x,y,z;t)(x',y',z';t')yOzSx

(x')O'z'y'S'7伽利略變換在兩個(gè)慣性系中分析描述同一物理事件：t時(shí)刻，物u

是恒量伽利略速度變換和加速度變換式為由定義寫成分量式正變換：逆變換伽利略坐標(biāo)變換式8u是恒量伽利略速度變換和加速度變換式為由定義寫成分量式正變經(jīng)典力學(xué)中：相互作用是客觀的，力與參考系無(wú)關(guān)。

v<<C,質(zhì)量的測(cè)量與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。據(jù)伽利略變換結(jié)論:

牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有伽利略變換的不變性力學(xué)規(guī)律是否與參考系有關(guān)？即相對(duì)于不同的參考系,經(jīng)典力學(xué)定律的形式是完全一樣嗎？9經(jīng)典力學(xué)中：相互作用是客觀的，力與參考系無(wú)關(guān)。v<<C,結(jié)論:在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同的形式.相對(duì)于慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的一切參考系都是慣性系伽利略相對(duì)性原理,力學(xué)相對(duì)性原理在所有慣性系中，物體運(yùn)動(dòng)所遵循的力學(xué)規(guī)律是相同的，具有相同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式?；蛘哒f(shuō)，對(duì)于描述力學(xué)現(xiàn)象的規(guī)律而言，所有慣性系是等價(jià)的。如：動(dòng)量守恒定律相對(duì)于不同的參考系，經(jīng)典力學(xué)定律的形式是完全一樣的嗎？總結(jié)10結(jié)論:在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同2.加速平動(dòng)的非慣性系、慣性力地面觀察者：物體水平方向不受力，為什么產(chǎn)生了加速度？車?yán)镉^察者：看到物體向后加速運(yùn)動(dòng)物體水平方向不受力，所以靜止在原處?？吹轿矬w靜止am-a牛頓定律在加速平動(dòng)的參照系中不再成立。加速平動(dòng)的參照系是非慣性系。112.加速平動(dòng)的非慣性系、慣性力地面觀察者：物體水平方向不受力加速平動(dòng)的參照系中的慣性力質(zhì)點(diǎn)相對(duì)非慣性系的加速度為a′為相對(duì)加速度；質(zhì)點(diǎn)相對(duì)慣性系的加速度為a為絕對(duì)加速度；非慣性系相對(duì)慣性系的加速度為A為牽連加速度。根據(jù)伽利略變換，有在慣性系中有在非慣性系中有：:相當(dāng)于一個(gè)附加的力，稱為慣性力。大小等于質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量與非慣性系加速度的乘積；方向與非慣性系加速度的方向相反。慣性力慣性力是為在非慣性系中運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律而引進(jìn)的一種虛擬力,不是來(lái)自于物體之間的相互作用,沒(méi)有施力物體，所以不存在反作用力。12加速平動(dòng)的參照系中的慣性力質(zhì)點(diǎn)相對(duì)非慣性系的加速度為a′為相加速平動(dòng)的參照系中力學(xué)規(guī)律質(zhì)點(diǎn)相對(duì)非慣性系的加速度為a′非慣性系相對(duì)慣性系的加速度為A在非慣性系中有：注:在非慣性系中應(yīng)用牛頓定律時(shí)，計(jì)算力要計(jì)入真實(shí)力和假想的慣性力，加速度要用相對(duì)加速度。13加速平動(dòng)的參照系中力學(xué)規(guī)律質(zhì)點(diǎn)相對(duì)非慣性系的加速度為a′非的應(yīng)用解題的基本思路(1)選取參考系（非慣性系），確定研究對(duì)象(3)分析受力情況，（既要分析真實(shí)的外力，又要分析虛擬的慣性力），作出受力圖(2)分析運(yùn)動(dòng)情況，判斷牽連加速度和相對(duì)加速度(4)建立坐標(biāo)系，根據(jù)非慣性系中的牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律列分量方程(5)求解，進(jìn)行討論14的應(yīng)用解題的基本思路(1)選取參考系（非慣性系），確定研究對(duì)amg的應(yīng)用例1一質(zhì)量為60kg的人，站在電梯中的磅秤上，當(dāng)電梯以0.5m/s2的加速度勻加速上升時(shí)，磅秤上指示的讀數(shù)是多少？試用慣性力的方法求解。解：取電梯為參考系。已知這個(gè)非慣性系以a=0.5m/s2的加速度對(duì)地面參考系運(yùn)動(dòng)選擇人作為研究對(duì)象，其受力情況如圖：Noy建立一維坐標(biāo)系，則有15amg的應(yīng)用例1一質(zhì)量為60kg的人，站在電梯中的磅秤例1:一車箱沿水平軌道以加速度作加速運(yùn)動(dòng),車廂中一小球用一細(xì)繩懸掛在火車頂上,且相對(duì)車廂靜止,試求懸線與豎直方向的夾角。16例1:一車箱沿水平軌道以加速度作加速運(yùn)動(dòng),車廂中一（1）在慣性系中求解；解：取地面為慣性參照系，小球?yàn)檠芯繉?duì)象小球隨車廂以共同的加速度運(yùn)動(dòng)，其受力分析為：Oxy17（1）在慣性系中求解；解：取地面為慣性參照系，小球?yàn)檠芯繉?duì)象（1）在非慣性系中求解；解取車廂為參照系，小球?yàn)檠芯繉?duì)象小球相對(duì)于車廂的加速度其受力分析為：Oxy18（1）在非慣性系中求解；解取車廂為參照系，小球?yàn)檠芯繉?duì)象小球TT質(zhì)量分別為

m1和

m2的兩物體用輕細(xì)繩相連接后，懸掛在一個(gè)固定在電梯內(nèi)的定滑輪的兩邊。滑輪和繩的質(zhì)量以及所有摩擦均不計(jì)。當(dāng)電梯以

a0=g/2

的加速度下降時(shí)。解取電梯為參考系例m1和m2的相對(duì)于地面加速度和繩中的張力。求m1gm2gO'對(duì)m1有對(duì)m2有yo19TT質(zhì)量分別為m1和m2的兩物體用輕細(xì)繩相連接后，懸四、慣性力

1.引入牛頓運(yùn)動(dòng)定律僅適用于慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)規(guī)律在不同慣性系中具有相同的數(shù)學(xué)形式非慣性系中牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立,不能直接用牛頓運(yùn)動(dòng)定律處理若仍希望能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律處理非慣性系中的力學(xué)問(wèn)題,則必須引入一種作用于物體上的慣性力。研究?jī)煞N常見的非慣性系加速平動(dòng)的非慣性系勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系20四、慣性力1.引入牛頓運(yùn)動(dòng)定律僅適用于慣性系3.勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系、慣性離心力地面觀察者：圓盤上觀察者：看到作勻速圓周運(yùn)動(dòng)因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)受繩子的拉力提供的向心力看到靜止質(zhì)點(diǎn)受繩子的拉力，為什么靜止？213.勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系、慣性離心力地面觀察者：圓盤上觀察者：

以地面為參考系,由細(xì)繩的張力所提供的向心力T使小球作圓周運(yùn)動(dòng),符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律,22以地面為參考系,由細(xì)繩的張力所提供的向心力T使小質(zhì)點(diǎn)受繩子的拉力，為什么靜止？在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系中，設(shè)想小球受到慣性離心力F*

的作用，大小與繩子的拉力相等，方向相反，所以小球處于靜止的平衡狀態(tài)。F+F*=0F*=m2rF*mTBω牛頓定律在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的參照系中不再成立。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的參照系是非慣性系。若質(zhì)點(diǎn)在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)非慣性系中保持靜止,則外力與慣性離心力的合力等于零。T+F*=023質(zhì)點(diǎn)受繩子的拉力，為什么靜止？在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系例2:求地球表面緯度處質(zhì)量為m的物體的重量。解:設(shè)地球是半徑R均勻球體,自轉(zhuǎn)角速度,為了便于分析,將該重物用繩懸掛在緯度處,并相對(duì)于地球處于靜止?fàn)顟B(tài)。mTFWF*慣性離心力除慣性離心力外,還有地球?qū)λ娜f(wàn)有引力F和繩子對(duì)它的張力T,并且有24例2:求地球表面緯度處質(zhì)量為m的物體的重量。解:設(shè)地球處于地球表面的物體所受地球的萬(wàn)有引力與重力不同重量隨所處緯度的增高而增大利用余弦定理很小,上式高次方項(xiàng)可略去,所以南北極：赤道：25處于地球表面的物體所受地球的萬(wàn)有引力與重力不同重量隨所處緯度引入物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由力學(xué)定律給出同一物體的同一運(yùn)動(dòng)相對(duì)不同參考系其運(yùn)動(dòng)描述不同，因此討論物體的運(yùn)動(dòng)離不開參考系討論物體的運(yùn)動(dòng)離不開力學(xué)定律，也離不開參考系力學(xué)規(guī)律是否與參考系有關(guān)？即相對(duì)于不同的參考系,經(jīng)典力學(xué)定律的形式是完全一樣的嗎？26引入物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由力學(xué)定律給出同一物體的同一運(yùn)動(dòng)相對(duì)§1.6伽利略的相對(duì)性原理27§1.6伽利略的相對(duì)性原理2一:三個(gè)概念1、坐標(biāo)變換若用兩個(gè)坐標(biāo)系對(duì)同一個(gè)物體進(jìn)行描述,則將該物體的坐標(biāo)從一個(gè)坐標(biāo)系變換到另一個(gè)坐標(biāo)系的操作,稱為坐標(biāo)變換。2、變換法則如果將描述物體的某個(gè)物理量在一個(gè)坐標(biāo)系中的各個(gè)分量用另一個(gè)坐標(biāo)系中的各個(gè)分量表達(dá)出來(lái)，這組表達(dá)式稱為該物理量的變換法則伽利略變換就是一種變換法則28一:三個(gè)概念1、坐標(biāo)變換若用兩個(gè)坐標(biāo)系對(duì)同一個(gè)物體進(jìn)行描述AB

小車以較低的速度沿水平軌道先后通過(guò)點(diǎn)A和點(diǎn)B。地面上人測(cè)得車通過(guò)A、B兩點(diǎn)間的距離和時(shí)間與車上的人測(cè)量結(jié)果相同.經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為：1）空間的量度是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)；2）時(shí)間的量度也是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)。3、經(jīng)典（絕對(duì)）時(shí)空觀時(shí)間和空間均與參考系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，時(shí)間和空間是不相聯(lián)系的，是絕對(duì)的29AB小車以較低的速度沿水平軌道先后通過(guò)兩個(gè)參考系（約定系統(tǒng)）重合時(shí)，計(jì)時(shí)開始。如圖，S，S'相應(yīng)坐標(biāo)軸保持平行，X，X'

軸重合，S'相對(duì)S以速度u沿軸作勻速直線運(yùn)動(dòng)。二.伽利略變換30兩個(gè)參考系（約定系統(tǒng)）重合時(shí)，計(jì)時(shí)開始。如圖，S，S三.伽利略變換位置坐標(biāo)變換公式*逆變換:正變換:31三.伽利略變換位置坐標(biāo)變換公式*逆變換:正變換:6伽利略變換在兩個(gè)慣性系中分析描述同一物理事件：

t時(shí)刻，物體到達(dá)P點(diǎn)在t＝0

時(shí)刻，物體在O

點(diǎn),S

,

S'

系重合。t

時(shí)刻，物體到達(dá)P點(diǎn)P(x,y,z;t)(x',y',z';t')yOzSx

(x')O'z'y'S'32伽利略變換在兩個(gè)慣性系中分析描述同一物理事件：t時(shí)刻，物u

是恒量伽利略速度變換和加速度變換式為由定義寫成分量式正變換：逆變換伽利略坐標(biāo)變換式33u是恒量伽利略速度變換和加速度變換式為由定義寫成分量式正變經(jīng)典力學(xué)中：相互作用是客觀的，力與參考系無(wú)關(guān)。

v<<C,質(zhì)量的測(cè)量與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。據(jù)伽利略變換結(jié)論:

牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有伽利略變換的不變性力學(xué)規(guī)律是否與參考系有關(guān)？即相對(duì)于不同的參考系,經(jīng)典力學(xué)定律的形式是完全一樣嗎？34經(jīng)典力學(xué)中：相互作用是客觀的，力與參考系無(wú)關(guān)。v<<C,結(jié)論:在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同的形式.相對(duì)于慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的一切參考系都是慣性系伽利略相對(duì)性原理,力學(xué)相對(duì)性原理在所有慣性系中，物體運(yùn)動(dòng)所遵循的力學(xué)規(guī)律是相同的，具有相同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式?；蛘哒f(shuō)，對(duì)于描述力學(xué)現(xiàn)象的規(guī)律而言，所有慣性系是等價(jià)的。如：動(dòng)量守恒定律相對(duì)于不同的參考系，經(jīng)典力學(xué)定律的形式是完全一樣的嗎？總結(jié)35結(jié)論:在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同2.加速平動(dòng)的非慣性系、慣性力地面觀察者：物體水平方向不受力，為什么產(chǎn)生了加速度？車?yán)镉^察者：看到物體向后加速運(yùn)動(dòng)物體水平方向不受力，所以靜止在原處?？吹轿矬w靜止am-a牛頓定律在加速平動(dòng)的參照系中不再成立。加速平動(dòng)的參照系是非慣性系。362.加速平動(dòng)的非慣性系、慣性力地面觀察者：物體水平方向不受力加速平動(dòng)的參照系中的慣性力質(zhì)點(diǎn)相對(duì)非慣性系的加速度為a′為相對(duì)加速度；質(zhì)點(diǎn)相對(duì)慣性系的加速度為a為絕對(duì)加速度；非慣性系相對(duì)慣性系的加速度為A為牽連加速度。根據(jù)伽利略變換，有在慣性系中有在非慣性系中有：:相當(dāng)于一個(gè)附加的力，稱為慣性力。大小等于質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量與非慣性系加速度的乘積；方向與非慣性系加速度的方向相反。慣性力慣性力是為在非慣性系中運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律而引進(jìn)的一種虛擬力,不是來(lái)自于物體之間的相互作用,沒(méi)有施力物體，所以不存在反作用力。37加速平動(dòng)的參照系中的慣性力質(zhì)點(diǎn)相對(duì)非慣性系的加速度為a′為相加速平動(dòng)的參照系中力學(xué)規(guī)律質(zhì)點(diǎn)相對(duì)非慣性系的加速度為a′非慣性系相對(duì)慣性系的加速度為A在非慣性系中有：注:在非慣性系中應(yīng)用牛頓定律時(shí)，計(jì)算力要計(jì)入真實(shí)力和假想的慣性力，加速度要用相對(duì)加速度。38加速平動(dòng)的參照系中力學(xué)規(guī)律質(zhì)點(diǎn)相對(duì)非慣性系的加速度為a′非的應(yīng)用解題的基本思路(1)選取參考系（非慣性系），確定研究對(duì)象(3)分析受力情況，（既要分析真實(shí)的外力，又要分析虛擬的慣性力），作出受力圖(2)分析運(yùn)動(dòng)情況，判斷牽連加速度和相對(duì)加速度(4)建立坐標(biāo)系，根據(jù)非慣性系中的牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律列分量方程(5)求解，進(jìn)行討論39的應(yīng)用解題的基本思路(1)選取參考系（非慣性系），確定研究對(duì)amg的應(yīng)用例1一質(zhì)量為60kg的人，站在電梯中的磅秤上，當(dāng)電梯以0.5m/s2的加速度勻加速上升時(shí)，磅秤上指示的讀數(shù)是多少？試用慣性力的方法求解。解：取電梯為參考系。已知這個(gè)非慣性系以a=0.5m/s2的加速度對(duì)地面參考系運(yùn)動(dòng)選擇人作為研究對(duì)象，其受力情況如圖：Noy建立一維坐標(biāo)系，則有40amg的應(yīng)用例1一質(zhì)量為60kg的人，站在電梯中的磅秤例1:一車箱沿水平軌道以加速度作加速運(yùn)動(dòng),車廂中一小球用一細(xì)繩懸掛在火車頂上,且相對(duì)車廂靜止,試求懸線與豎直方向的夾角。41例1:一車箱沿水平軌道以加速度作加速運(yùn)動(dòng),車廂中一（1）在慣性系中求解；解：取地面為慣性參照系，小球?yàn)檠芯繉?duì)象小球隨車廂以共同的加速度運(yùn)動(dòng)，其受力分析為：Oxy42（1）在慣性系中求解；解：取地面為慣性參照系，小球?yàn)檠芯繉?duì)象（1）在非慣性系中求解；解取車廂為參照系，小球?yàn)檠芯繉?duì)象小球相對(duì)于車廂的加速度其受力分析為：Oxy43（1）在非慣性系中求解；解取車廂為參照系，小球?yàn)檠芯繉?duì)象小球TT質(zhì)量分別為

m1和

m2的兩物體用輕細(xì)繩相連接后，懸掛在一個(gè)固定在電梯內(nèi)的定滑輪的兩邊。滑輪和繩的質(zhì)量以及所有摩擦均不計(jì)。當(dāng)電梯以

a0=g/2

的加速度下降時(shí)。解取電梯為參考系例m1和m2的相對(duì)于地面加速度和繩中的張力。求m1gm2gO'對(duì)m1有對(duì)m2有yo44TT質(zhì)量分別為m1和m2的兩物體用輕細(xì)繩相連接后，懸四、慣性力

1.引入牛頓運(yùn)動(dòng)定律僅適用于慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)規(guī)律在不同慣性系中具有相同的數(shù)學(xué)形式非慣性系中牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立,不能直接用牛頓運(yùn)動(dòng)定律處理若仍希望能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律處理非慣性系中的力學(xué)問(wèn)題,則必須引入一種作用于物體上的慣性力。研究?jī)煞N常見的非慣性系加速平動(dòng)的非慣性系勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系45四、慣性力1.引入牛頓運(yùn)