普通物理学上册第四章.ppt

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1、1.牛顿绝对时空观,伽利略变换,2.狭义相对论的基本假设,相对性原理光速不变原理,第4章 相对论基础,3.洛伦兹变换,逆变换,正变换,3.洛伦兹速度变换,4.相对性时空观,时间膨胀,长度收缩,同时的相对性,5.相对论质量,6.相对论动量,8.相对论动力学方程,相对论动能,相对论动量与能量关系,本章完,7.相对论能量,以太 充满宇宙的假想物质。,迈克尔孙莫雷实验 用于证明以太存在的实验。,实验结果：干涉条纹没有移动，证明以太不存在。,4.1 狭义相对论基本原理洛伦兹变换,一.狭义相对论基本原理,（1）相对性原理 物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式。,（2）光速不变原理 一切惯性系

2、中，光在真空中的速率都相等。,例如：动量守恒定律,K系中,K 系中,牛顿力学,时间长度质量,与参照系无关,速度、加速度与参照系有关,狭义相对论,时间长度质量,与参照系有关,两个坐标系,坐标轴重合时，取t=t=0,K系相对K系沿x轴方向以v匀速直线运动。,两组时空坐标之间的变换关系。,二.洛伦兹变换,对应的坐标轴都平行。,某时刻，质点P在两个坐标系中的描述,假想实验：t=t=0时，o和o重合，此时此地发出一闪光。,因为oP oP,某时刻光传到P点。时空坐标,，由光速不变原理,，所以 t t,即时间是相对的。,正变换,逆变换,洛伦兹变换,讨论：,1)t与x、v、t 均有关,2)v c 时，近似为伽

3、利略变换,3)v c 变换无意义，v的极限为c,本节完,4.2 相对论速度变换,速度分量式,K系中,K系中,由洛伦兹坐标变换,对t求导,两式相除,由洛仑兹坐标变换,对t求导,x方向的速度变换,y方向的速度变换,z方向的速度变换,洛伦兹速度变换,正变换,逆变换(略),讨论,1.vc时，洛伦兹变换成为伽利略变换。,2.在洛伦兹速度变换下，光速不变。,例1 在地面上，测得两只飞船A、B分别以+0.9c和-0.9c的速度沿相反的方向飞行,如图所示。求飞船A相对于飞船B的速度有多大。P148例题2,解：飞船A为研究对象。飞船B为K系，地面为K系。K系相对K系的速度v=+0.9c，飞船A相对K系的速度ux

4、=+0.9c，飞船A相对于K系的速度ux就是要求的速度。,由洛伦兹速度逆变换,本节完,一.同时的相对性,两个异地事件在一惯性系中是同时的，在另一惯性系中是不同时的。,假想实验,4.3 狭义相对论时空观,洛伦兹变换导出同时的相对性,设K系中两个事件的时空坐标分别为A(x1,0,0,t1)和B(x2,0,0,t2)，在K系中两个事件的时空坐标分别为A(x1,0,0,t1)和B(x2,0,0,t2)，由洛伦兹逆变换,同时是相对的,二.时间的相对性,K 系的时空间隔,K系的时空间隔,t(t0)称为固有时间 同一地点发生的两个事件的时间间隔。,假想实验,由前页洛伦兹变换，得,（时间膨胀或时间延缓）,狭义

5、相对论中，时间(间隔)是相对的。固有时间最短。,在运动参照系中时间变大，称为时间膨胀效应，或动钟变慢。,“时间膨胀效应”被粒子物理实验所证实。“时间膨胀效应”是相对论的时空效应，与钟的具体结构和其他外界因素无关。,或,假想实验二,动钟变慢是相对的,慢,慢,以0.91c高速直线运动的介子，其平均飞行距离为17.135m，介子的固有寿命的实验值为(2.6030.002)10-8s，以0.91c高速运动的介子在实验室参考系的平均寿命,介子的固有寿命的相对论理论值,三.空间的相对性,运动杆为K系,K系中杆的长度,K系中的长度,称为固有长度,（长度收缩）,时,，K系（杆）相对K系的速度为v,由洛伦兹变换

6、,两式相减,时,固有长度最大,空间的相对性：相对物体运动的参照系中所测得的沿速度方向的物体长度，总是比静止参照系中测得的长度要短。叫做长度收缩效应或尺缩效应。,尺缩效应是相对的,四.相对性和绝对性,相对性：1.运动描述的相对性。2.同时的相对性。3.时间间隔的相对性。4.空间间隔的相对性。,绝对性：1.因果关系。2.时序先后。,本节完,火车参照系,假想实验二,地面参照系,地面参照系,一.同时的相对性,两个异地事件在一惯性系中是同时的，在另一惯性系中是不同时的。,假想实验,4.3 狭义相对论时空观,洛伦兹变换导出同时的相对性,设K系中两个事件的时空坐标分别为A(x1,0,0,t1)和B(x2,0

7、,0,t2)，在K系中两个事件的时空坐标分别为A(x1,0,0,t1)和B(x2,0,0,t2)，由洛伦兹逆变换,同时是相对的,二.时间的相对性,K 系的时空间隔,K系的时空间隔,t(t0)称为固有时间 同一地点发生的两个事件的时间间隔。,假想实验,由前页洛伦兹变换，得,（时间膨胀或时间延缓）,狭义相对论中，时间(间隔)是相对的。固有时间最短。,在运动参照系中时间变大，称为时间膨胀效应，或动钟变慢。,“时间膨胀效应”被粒子物理实验所证实。“时间膨胀效应”是相对论的时空效应，与钟的具体结构和其他外界因素无关。,或,假想实验二,动钟变慢是相对的,慢,慢,以0.91c高速直线运动的介子，其平均飞行距

8、离为17.135m，介子的固有寿命的实验值为(2.6030.002)10-8s，以0.91c高速运动的介子在实验室参考系的平均寿命,介子的固有寿命的相对论理论值,三.空间的相对性,运动杆为K系,K系中杆的长度,K系中的长度,称为固有长度,（长度收缩）,时,，K系（杆）相对K系的速度为v,由洛伦兹变换,两式相减,时,固有长度最大,空间的相对性：相对物体运动的参照系中所测得的沿速度方向的物体长度，总是比静止参照系中测得的长度要短。叫做长度收缩效应或尺缩效应。,尺缩效应是相对的,四.相对性和绝对性,相对性：1.运动描述的相对性。2.同时的相对性。3.时间间隔的相对性。4.空间间隔的相对性。,绝对性：

9、1.因果关系。2.时序先后。,本节完,火车参照系,假想实验二,地面参照系,地面参照系,一.同时的相对性,两个异地事件在一惯性系中是同时的，在另一惯性系中是不同时的。,假想实验,4.3 狭义相对论时空观,洛伦兹变换导出同时的相对性,设K系中两个事件的时空坐标分别为A(x1,0,0,t1)和B(x2,0,0,t2)，在K系中两个事件的时空坐标分别为A(x1,0,0,t1)和B(x2,0,0,t2)，由洛伦兹逆变换,同时是相对的,二.时间的相对性,K 系的时空间隔,K系的时空间隔,t(t0)称为固有时间 同一地点发生的两个事件的时间间隔。,假想实验,由前页洛伦兹变换，得,（时间膨胀或时间延缓）,狭义

10、相对论中，时间(间隔)是相对的。固有时间最短。,在运动参照系中时间变大，称为时间膨胀效应，或动钟变慢。,“时间膨胀效应”被粒子物理实验所证实。“时间膨胀效应”是相对论的时空效应，与钟的具体结构和其他外界因素无关。,或,假想实验二,动钟变慢是相对的,慢,慢,以0.91c高速直线运动的介子，其平均飞行距离为17.135m，介子的固有寿命的实验值为(2.6030.002)10-8s，以0.91c高速运动的介子在实验室参考系的平均寿命,介子的固有寿命的相对论理论值,三.空间的相对性,运动杆为K系,K系中杆的长度,K系中的长度,称为固有长度,（长度收缩）,时,，K系（杆）相对K系的速度为v,由洛伦兹变换,两式相减,时,固有长度最大,空间的相对性：相对物体运动的参照系中所测得的沿速度方向的物体长度，总是比静止参照系中测得的长度要短。叫做长度收缩效应或尺缩效应。,尺缩效应是相对的,四.相对性和绝对性,相对性：1.运动描述的相对性。2.同时的相对性。3.时间间隔的相对性。4.空间间隔的相对性。,绝对性：1.因果关系。2.时序先后。,本节完,火车参照系,假想实验二,地面参照系,地面参照系,