大学物理课件7相对论

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1、大学物理课件7相对论 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd:a little bit more.individuals above the crowd:a little bit more.-author -author -date-date精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除相对论相对论狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论1

2、905年爱因斯坦提出年爱因斯坦提出的，是一种仅适用于的，是一种仅适用于惯性系，从时间和空惯性系，从时间和空间的基本概念出发将间的基本概念出发将力学和电磁学统一起力学和电磁学统一起来的概念来的概念1916年爱因斯坦等人提年爱因斯坦等人提出的，适用于非惯性系，出的，适用于非惯性系，是包含引力的相对性理是包含引力的相对性理论，是相对论天体物理论，是相对论天体物理学，高能天体物理学和学，高能天体物理学和宇宙学的理论基础宇宙学的理论基础精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除一、力学的相对性原理一、力学的相对性原理力学规律在所有力学规律在所有惯性系惯性系中都是中都是等价等价的，具

3、的，具有相同形式。有相同形式。二、伽利略变换二、伽利略变换相对性原理相对性原理的数学表达式，是建立在经典时的数学表达式，是建立在经典时空观基础上的不同参照系之间的空观基础上的不同参照系之间的时空变换时空变换关系。关系。伽利略航船现象伽利略航船现象1632年年表述表述1：在任何一个在任何一个惯性参照系惯性参照系中，不可能通过中，不可能通过任何任何力学实验力学实验判定这个参照系是处于判定这个参照系是处于静静止或匀速直线运动状态。止或匀速直线运动状态。表述表述2：17.1 经典力学时空观经典力学时空观精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除S与与S关系如下：关系如下：伽利略坐

4、标变换式伽利略坐标变换式伽利略速度和加速度变换式伽利略速度和加速度变换式力学定律形式不变力学定律形式不变精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除1.同时性是绝对的同时性是绝对的S中同时：中同时：S中：中：2.时间间隔是绝对的时间间隔是绝对的S中不同时：中不同时：S中：中：三、经典力学的时空观三、经典力学的时空观精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除3.两地之间的距离是绝对的两地之间的距离是绝对的S系系:S系系:经典时空观综述：经典时空观综述：绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永 远均匀的流逝着，与任何

5、外界事物无关。远均匀的流逝着，与任何外界事物无关。绝对的空间就其本质而言，是与任何外界事物绝对的空间就其本质而言，是与任何外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。无关，它从不运动，并且永远不变。绝对时间和绝对空间的概念加上伽利略相对性绝对时间和绝对空间的概念加上伽利略相对性原理，便构成了经典的时空观。原理，便构成了经典的时空观。精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除一、绝对参照系的探寻一、绝对参照系的探寻必要性：必要性：牛顿运动定律只有相对于绝对参照系牛顿运动定律只有相对于绝对参照系（绝对空间上建立的参照系）成立，这个参照系（绝对空间上建立的参照系）成立，这个参照系的

6、存在是牛顿力学的基础。的存在是牛顿力学的基础。“以太以太”：电磁理论确定真空中光速是常数，与电磁理论确定真空中光速是常数，与方向无关。依据伽利略变换，这个结论只能相对方向无关。依据伽利略变换，这个结论只能相对绝对参照系成立，即绝对静止以太物质是其体现绝对参照系成立，即绝对静止以太物质是其体现探寻方法：探寻方法：通过探测地球相对以太的运动，证明通过探测地球相对以太的运动，证明以太的存在。以太的存在。二、迈克尔逊二、迈克尔逊-莫雷实验莫雷实验迈克尔逊迈克尔逊-莫雷莫雷1887年设计测量以太漂移实验年设计测量以太漂移实验17.2 迈克尔逊迈克尔逊-莫雷实验莫雷实验精品ppt文档收集于网络，仅供学习交

7、流,如有侵权请联系管理员删除原理：原理：如图如图uS光路光路1光光路路2TM2M1P光路光路1沿地球公转方向：沿地球公转方向：光程差光程差转动转动90o后：后：光程差光程差条纹移动量是：条纹移动量是：N N预计预计0.37个条纹，实验个条纹，实验0.01。迈克尔逊获得迈克尔逊获得1907年的诺贝尔物理奖。年的诺贝尔物理奖。没有运动没有运动！精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除以太不存在，光的以太不存在，光的传播不需任何媒播不需任何媒质，可在真空中，可在真空中传播，播，以太不能作以太不能作绝对参照参照系系。地球上地球上各方向光速相同各方向光速相同，与地球，与地球运运动

8、状状态无关。无关。18521852 1931 1931 美国科学促进协会主席美国科学促进协会主席,美国科学院院长；美国科学院院长；精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除一、狭义相对论的基本原理一、狭义相对论的基本原理 物理定律在所有惯性系中都是相同的，或者说：物理定律在所有惯性系中都是相同的，或者说：所有惯性系都是等价的，不存在绝对参照系。所有惯性系都是等价的，不存在绝对参照系。1.狭义相对性原理狭义相对性原理2.光速不变原理光速不变原理 在一切惯性系中，光在真空中沿各个方向传在一切惯性系中，光在真空中沿各个方向传播速度都是播速度都是C C，跟光源与观察者相对速度无关

9、。跟光源与观察者相对速度无关。基点：基点：经典力学对天体运动描述的准确性；经典力学对天体运动描述的准确性；电磁场的物质性与以太的否定。电磁场的物质性与以太的否定。基点：基点：电磁理论和迈克尔逊实验结果电磁理论和迈克尔逊实验结果17.3 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 洛仑兹变换洛仑兹变换精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除二、洛仑兹变换二、洛仑兹变换前提：前提：满足光速不变原理和狭义相对性原理满足光速不变原理和狭义相对性原理 当当uc时，换原为伽利略变换时，换原为伽利略变换表示：表示：取如下线性变换取如下线性变换计算整理得出洛仑兹变换式：计算整理得出洛仑兹变换

10、式：精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除其中：其中：注意：注意：当当 u C 时时 转换为伽利略变换转换为伽利略变换逆变换逆变换式中式中精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除一、同时的相对性一、同时的相对性S系：系：时空坐标为时空坐标为S系：系：时空坐标为时空坐标为17.4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除1o 若若 则则 在在 S 系中同一地点同时发生两件事，系中同一地点同时发生两件事，在在 S 系中也是同系中也是同时发时发生。生。2o 若若 称为同时的相对性称为同时的相

11、对性则则例：例：爱因斯坦列因斯坦列车列列车：地面地面：A 先，先，B 后后同同时时收到收到精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除3o 时序的相对性时序的相对性 保证保证相对论相对论与与因果律因果律不矛盾，应满足运动速不矛盾，应满足运动速 度度小于小于光速。光速。以子弹击中小鸟为例：以子弹击中小鸟为例：S系：系：发射发射:击中：击中：S系：系：若要满足若要满足式中式中：u是是S系速度，系速度，是子弹速度。是子弹速度。前前事件事件1 1开枪开枪开枪开枪后后事件事件2 2鸟死鸟死鸟死鸟死子弹子弹 则要满足则要满足精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删

12、除二二、运动的时钟变慢、运动的时钟变慢事件事件E1:SSuC1C2C3C3C3C1事件事件E2:C3C2由洛仑兹变换由洛仑兹变换精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除三三、运动的杆缩短、运动的杆缩短静止长度静止长度运动长度运动长度由洛仑兹变换：由洛仑兹变换：精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除一、质量与速度关系一、质量与速度关系mo:静止质量静止质量m:运动质量运动质量二、相对论动力学方程二、相对论动力学方程相对论动量表示为：相对论动量表示为：相对论动力学方程是：相对论动力学方程是：17.5 相对论质点动力学方程相对论质点动力学方程精品pp

13、t文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除一、相对论的能量一、相对论的能量由质速关系，两边求导得由质速关系，两边求导得（1）（）（2）联立得）联立得17.6 相对论的能量相对论的能量设：物体沿设：物体沿 x 轴运动，合外力为轴运动，合外力为F精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除1o moc2称为称为静止能量静止能量表明质量与能量之间有着固定的、内在关系。表明质量与能量之间有着固定的、内在关系。2o 注意到注意到物质存在和运动形式变化，不能说物质转化为物质存在和运动形式变化，不能说物质转化为能量能量物体吸收或放出能量时，伴随质量增加或减少物体吸收或放出能

14、量时，伴随质量增加或减少3o 注意到如下展开式注意到如下展开式在在 时时E=mc2是是相对论总能量相对论总能量精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除二、能量与动量关系二、能量与动量关系比较能量与动量表达式：比较能量与动量表达式：三、两个极端情况三、两个极端情况这时相对论能量与动量表达式简化为这时相对论能量与动量表达式简化为精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除这时非相对论情况，动、静能之比有这时非相对论情况，动、静能之比有精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除例例 17-11s 之后同时被之后同时被 P1和和 P2接

15、收到。设接收到。设 S 相对相对 S 的运的运动速度为动速度为 0.8 c，求：求：P1和和 P2接收到讯号时在接收到讯号时在 S 上的时刻和位置。上的时刻和位置。P1P2解：解：P1在在 S上观察时上观察时闪光从闪光从 O点出发，在点出发，在 S上观察光讯号于上观察光讯号于S系：系：P2S系：系：P1P2精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除例例 17-2相距相距 1000 m的两点，而在另一惯性系的两点，而在另一惯性系 S 中，测中，测得这两个事件发生的地点相距得这两个事件发生的地点相距 2000 m。求；求；在在 S 系中测得这两个事件的时间间隔。系中测得这两个

16、事件的时间间隔。解：解：由洛仑兹变换由洛仑兹变换惯性系惯性系 S中，两事件同时发生在中，两事件同时发生在 x轴上轴上精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除地球。火箭发射地球。火箭发射 后（火箭上钟），火箭向后（火箭上钟），火箭向地面发射一导弹，其速度相对于地面地面发射一导弹，其速度相对于地面u1=0.3c。求；求；火箭发射后多长时间，导弹到达地面（地球上的钟）火箭发射后多长时间，导弹到达地面（地球上的钟）？假设地面不动。？假设地面不动。例例 17-3解：解：按地球上的钟计算，导弹按地球上的钟计算，导弹发射

17、的时间是火箭发射后发射的时间是火箭发射后火箭相对于地面以火箭相对于地面以 u=0.6 c速度向上飞离速度向上飞离精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除这段时间火箭在地面上飞行的距离这段时间火箭在地面上飞行的距离导弹飞到地球的时间导弹飞到地球的时间火箭发射后到导弹到达地面的时间火箭发射后到导弹到达地面的时间精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除例例17-4方向平行。在车厢中测得杆长为方向平行。在车厢中测得杆长为1.01.0m m，车厢以车厢以41.741.7msms-1-1的速度行驶。求在地面上测得的杆长。的速度行驶。求在地面上测得的杆长。2

18、2 设想人类实现了恒星际航行，将火箭发射到设想人类实现了恒星际航行，将火箭发射到临近恒星上去。火箭相对于日心临近恒星上去。火箭相对于日心-恒星坐标系的恒星坐标系的速度为速度为u=0.8cu=0.8c，火箭中静止放置长度为火箭中静止放置长度为1.01.0m m的杆，的杆，杆与火箭航行方向平行。求在日心杆与火箭航行方向平行。求在日心-恒星坐标系恒星坐标系中测得的杆长。中测得的杆长。1 一长杆在车厢中静止，杆与车厢前一长杆在车厢中静止，杆与车厢前进进解：解：12精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除例例1 17-67-6光脉冲从船尾传到船头，飞船上的观察测得船长光脉冲从船尾传到船头，飞船上的观察测得船长为为 90 90 m m，求地球上的观察者测得光脉冲从船尾求地球上的观察者测得光脉冲从船尾发出发出（事件（事件1 1）到达船头到达船头（事件（事件2 2）两个事件的空两个事件的空间间隔。间间隔。宇宙飞船相对地球以宇宙飞船相对地球以0.80.8c c的速度飞行。的速度飞行。解：解：精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除1精品ppt文档收集于网络，仅供学习交流,如有侵权请联系管理员删除