第2节 狭义相对论基本原理洛仑兹变换课件.ppt

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1、第二节,狭义相对论基本原理 洛仑兹变换,1,第二节狭义相对论基本原理 洛仑兹变换1,2)电磁场方程组不服从伽利略变换,3)迈克耳逊 莫雷实验的结果,1)牛顿运动定律只适用于低速运动的物体。对于高速运动的粒子，牛顿力学不再适用。,与参照系无关,光速与参照系无关的结论与牛顿时空观是完全排斥的,2.迈克耳逊莫雷实验,机械波的传播需要媒质，当时物理学家们认为光波的传播也需要一种媒质-以太。,2,一、牛顿力学的困难2)电磁场方程组不服从伽利略变换3)迈克,地球相对以太以 v 运动，以太风从右边吹来。,1.在实验室S系观察,光速 c v 顶风，,光速 c+v 顺风，,来回时间：,迈克尔逊为证明以太的存在，

2、设计了测量地球在以太中运动速度的实验。,3,地球相对以太以 v 运动，以太风从右边吹来。1.,2.在实验室S系观察,光速,光速,来回时间,4,2.在实验室S系观察光从G1M2光速光从M2G1光速来,两束光到望远镜的时间差,展开,光的光程差,3.将仪器旋转90两路光的光程差变化为：,5,两束光到望远镜的时间差展开 光的光程差3.将仪器旋转90,干涉条纹移动数目为：,可推算出以太风的速度。根据理论，干涉仪可观察到0.4个条纹的移动，但实验没有发现条纹的移动。,4.结论：,.以太不存在，光的传播不需任何媒质，可在真空中传播，以太不能作绝对参照系。,.地球上各方向光速相同，与地球运动状态无关。,6,干

3、涉条纹移动数目为：可推算出以太风的速度。根据理论，干涉仪可,1.狭义相对性原理：一切物理规律在任何惯性系中都具有相同的形式。即：物理定律与惯性系的选择无关，对物理定律来说，所有惯性系都是等价的。,2.光速不变原理：在所有惯性系中，光在真空中的速率相同，与惯性系之间的相对运动无关，也与光源、观察者的运动无关。,1.内容,2.明确几点,1)爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展,7,1.狭义相对性原理：一切物理规律在任何惯性系中都具有相同的,2.光速不变否定了绝对时空概念。不存在绝对运动或绝对静止。,光速不变也与伽利略的速度相加原理是不相容的。,3)爱因斯坦理论带来了观念上的变革,我们不应当以适用于低速情

4、况的伽利略变换为根据去讨论光速应该如何如何，而应当反过来，用光速不变这个实验提供的事实作为前提和基础，去讨论正确的时空变换。,牛顿力学：时间、长度、质量的测量均与参照系无关,狭义相对论力学：时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关,8,2.光速不变否定了绝对时空概念。不存在绝对运动或绝对静止。光,t=t，=0时，由原点发出一个光信号。,O O,u,x x,S为静系，S以u沿ox轴向右运动。,我们可以把光到达P点看作一个事件。而事件是在一定的空间和时间中发生的，可以用时空坐标来表示。,经一段时间，光传到 P点。,9,t=t，=0时，由原点发出一个光信号。寻找对同一客观事件，两,由光速不变原理：

5、,1.洛仑兹坐标变换,站在S和S/的人都认为自己是静止不动的，而且光速也不变的。,由发展的观点：,uc 情况下，,由于客观事实是确定的：,对应唯一的,设：,下面的任务是，根据上述四式，利用比较系数法，确定系数。,10,由光速不变原理：1.洛仑兹坐标变换站在S和S/的人都认为自己,最后得到洛仑兹坐标变换：,相对论因子,这种变换是已知事件在S系中的时空坐标（x，y，z，t）变换成事件在S/系中的时空坐标（x/，y/，z/，t/）。这种变换称为坐标正变换。,11,最后得到洛仑兹坐标变换：相对论因子 这种变换是已知事件在S系,由S/系到S系的逆坐标变换为：,讨论,2)（x,y,z,t)和(x,y,z,

6、t)是事件的时空坐标,12,由S/系到S系的逆坐标变换为：讨论1)相对论因子总是大于12,正变换,回到伽利略变换,3)当 u c 时，1,4)u c 变换无意义,存在极限速度c.,5)洛仑兹变换与伽利略变换相比，洛仑兹变换中的时间坐标和空间坐标相互联系在一起，不再是独立的了。时间与空间的测量都与参照系有关，这种新的时空观叫做狭义相对论的时空观。,13,正变换回到伽利略变换3)当 u c 时，14)u,2.洛仑兹速度变换,14,定义由洛仑兹上面两式之比2.洛仑兹速度变换14,由洛仑兹变换知,15,由洛仑兹变换知由上两式得同样得15,正变换,逆变换,16,洛仑兹速度变换式正变换,例1 设S系以速率

7、u=0.6c相对于S系沿xx轴运动,且在t=t=0时，x=x=0。(1)若在S系中有一事件发生于t1=2.0107s,x1=50m处,该事件在S系中发生于何时刻？(2)如有另一事件发生于S系中,t2=3.0107s，x2=10m处，在S系中测得这两个事件的时间间隔为多少？,解：（1）u=0.6c,=5/4,由洛仑兹坐标变换可得，第一个事件发生的时刻为：,（2）第二事件发生的时刻为：,在S系中测得这两个事件的时间间隔为：,17,例1 设S系以速率u=0.6c相对于S系沿xx轴运动,且,例2、设想一飞船以0.80c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿速度方向抛出一物体，物体 相对飞船速度为0.90c。问：从地面上看，物体速度多大？,解：,选飞船参照系为S系。,地面参照系为S系。,S,S,u,X(X),由洛仑兹速度变换关系可得：,18,例2、设想一飞船以0.80c的速度在地球上空飞行，如果这时,对于不同的两个事件：,3.两个事件的时空关系,下面我们来考察空间中的两个不同事件。,事件1,事件2,两事件时间间隔,两事件空间间隔,根据洛仑兹变换，有：,19,对于不同的两个事件：3.两个事件的时空关系下面我们来考察空间,同理：,同理：,20,同理：同理：由有：20,