狭义相对论基础(简).ppt

狭义相对论基础,内容提要,一、狭义相对论的基本假设,三、狭义相对论时空观,二、洛仑兹变换,四、相对论的动力学问题,一、狭义相对论的基本假设,2.相对性原理：,1.光速不变假设,一切物理定律在所有的惯性系中都等效。物理定律的数学表达式在所有的惯性系中具有相同的形式。,在所有的惯性系中,真空中的光速恒为c，与光源或观察者的运动无关。,二、洛仑兹变换,1.事件与参照系,1.1 事件：有明确的地点与时间的一件事：P(x,y,z,t),1.2 参照系：不同参照系对同一事件发生的地点和时间的测量结果一般不同。例：,物体的运动可视为一系列事件的集合。,2.洛伦兹变换,2.1.洛伦兹坐标变换,2.2 洛伦兹速度变换,洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。,三、狭义相对论的时空观,（3）运动的钟变慢：,1.时间间隔的相对性,（1）两个事件发生的时间间隔与参照系有关。,（2）若参照系S测得某两个事件发生在同一地点，时间间隔为t，则参照系S测得这两个事件发生的时间间隔为：,2.空间间隔的相对性,（1）两个事件发生的空间间隔与参照系有关。,（2）若参照系S测得某两个事件同时发生，事件发生的空间间隔为l，则参照系S测得这两个事件发生的空间间隔为：,（3）运动的尺变短：,3.“同时”的相对性,在一个参照系中测得同时发生的两个事件，在另一个参照系中测得未必同时发生，相对论中“同时”只有相对的意义。,4.“先后”的相对性,在一个参照系中测得先发生的事件，在另一个参照系中测得可能后发生，相对论中“先后”只有相对的意义。但如果两个事件存在因果关系，则其先后顺序不可能倒置。,四、相对论的动力学基础,1经典动力学及其局限性,1.1 经典动力学基本方程,1.2 经典动力学的局限性：,局限性：高速运动时不能适用，不满足相对性原理，即不满足洛仑兹变换下的不变性。,经典动力学的改造：,2）重修定义相关物理量，物理定律不变。,1）改造物理定律，物理量的定义不变；,2相对论的质量与动量,2.1 相对论的质量,2.2 相对论的动量,3.相对论的能量,动能：,总能：,静能：,4.相对论动量与能量的关系,5.相对论动力学基本方程,典型题解,解：,（1）,（2）,2.尽快获知有无外星人的“好办法”：,某外星M离地球2万光年（即光从地球传播到该外星需2万年时间），某宇航员以速度u从地球出发驶向该外星。假设宇航员估计自己还能活100年，问：该宇航员是否可能在有生之年抵达外星？若可能，其速度u至少为多大？,解：,以地球为参照系。,运动的宇航员的寿命：,为使宇航员在有生之年抵达外星，必须,能。,以宇航员为参照系。,为使宇航员在有生之年抵达外星，必须,外星M与地球间的距离：,3.谁先动手：,在一节长为100米的车厢里，A在车厢尾，B在车厢头。火车以0.6c的速度驶过一个站台时，站台上的人先看到A向B开枪，过了0.125微秒后，B向A开枪。问：在车上的乘客看来，是谁先开枪？两人开枪的时间差为多少？,解：,4.在地面上测到有两个飞船分别以0.9c和-0.9c的速度向相反方向飞行。求此一飞船相对于另一飞船的速度多大？,解：,5.在太阳参考系中观察，一束星光垂直射向地面速率为c，而地球以速率u垂直于光线运动。求在地面上测量，这束星光的速度的大小与方向各如何？,解：,6.在实验室中，有一个速度(5/13)c飞行的原子，沿着其运动方向以相对于原子为0.6c的速度射出一电子，问：（1）实验室中的观察者测得电子的速度为多少？（2）实验室中的观察者测得电子的质量是多少？（3）相对飞行的原子，电子的动能是多少？（设电子的静止质量为m0）,解：,（1）,（2）,（3）,解：,（1）质量（能量）守恒：,（2）动量守恒：,（3）,