相对论3课件.ppt

z y x o x z o y 解： 根据狭义相对性原理，以数学形式表示的物理定律，在一切惯性系中，都具有相同的形式， 即通过洛仑兹变换从一个惯性系换算到另一个惯性系时，物理定律的数学形式保持不变。 狭义相对论的动力学基础 §3.5 相对论是二十世纪物理学发展中的一个伟大成就，它和量子力学一起，组成了近代物理学的两大理论支柱，并且逐渐成为近代工程技术的重要理论基础。 本章基本要求 1. 理解狭义相对论的两个基本假设； 2. 了解时间，空间跟物质运动之间的关系，时间膨胀和长度收缩（了解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。） 3. 理解洛仑兹变换； 4. 理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系。 作业： 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12 一、伽利略相对性原理 力学现象对一切惯性系来说，都遵循相同的规律。（肯定说法） 不能用力学实验来测定一惯性系相对另一惯性系是静止, 还是作匀速直线运动。(否定说法) 从数学上看：对所有惯性系，运动定律的形式不变。 经典力学的时空观 §3.1 二、经典力学的时空观 1. 时间的测量是绝对的 S系中, 事件从t1? t2, 时间间隔 t2 ? t1 S 系中, 事件从t1? t2, 时间间隔 t2 ? t1 相 等 2. 空间的测量也是绝对的 对 S 系( l 在 S 系上静止) (同时测量t2 = t1) 对 S 系 x x y z y z o o 图3－2 l 时间和空间可以脱离运动而存在, 时间和空间是相互独立的, 即经典力学认为时间和空间都是绝对的 ? 绝对的时、空观。 三、伽利略坐标变换式 S 系相对S系以速度 向正X方向运动 t =t= 0 时，o 跟 o 重合， P点时空坐标 S系 (x, y, z, t ) S 系 (x , y , z , t ) 伽利略坐标变换式 P x x y z y z vt o o 图3－1 A S S S 四、牛顿定律与伽利略变换 空间坐标是相对的 x = x ? vt 速度是相对的 u = u ? v 加速度是绝对的 a = a 牛顿定律 F = ma F ， m 也是与观察者的相对运动无关的物理量。 表明：牛顿第二定律经过伽利略变换，形式不变。 一、电磁学的困难 2. 麦克斯韦电磁场方程在伽利略变换下形式改变了。 1. 对不同的惯性系电磁波速度不同。 狭义相对论的两个基本假设 §3.2 电磁学的伟大成就：麦克斯韦电磁场方程。 二、狭义相对论的基本假设 2. 狭义相对性原理 物理学定律在所有的惯性系中都是相同的。 1. 光速不变原理 在一切惯性系中，测得真空中光沿各个方向传的速度都是 c = 3?108m ? s?1，与光源的运动状态无关。 §3.3 狭义相对论时空观 1. 同时概念的相对性 S 系：根据光速不变原理认为光到A、B是同时的 S 系：根据光速不变原理 光先到达B， 后到达A， 不同时 x o x v A B y 图3－3 x o y v A B v?t 2. 时间测量的相对性 S 系：光讯号从A ? B ? C(A) 两件事发生在同一地点，?t 称本征时间或固有时间 x o x v A B y C A C B S 系 B A C D 图3－4 S系上的观察者认为，S系上的钟是相对他运动的，比S系上的钟要走得慢? ? 动钟变慢。 S S 12 3 6 9 12 3 6 9 3. 长度测量的相对性 S 系： AB长: S 系: t时刻AB坐标：B: x1 t+?t时刻AB坐标： A : xA(t +?t) =x1 B: xB(t +?t) = x1+ v ?t x o S S o v A B x P(x1) S P点从B爬至A: 所花时间 ?t AB长: 说明：不同参考系测量同一物体的长度是不同的。物体运动时，沿运动方向的长度变短 ? 称长度收缩效应。 4. 时空相对性的说明 (1) 运动要影响时间和长度测量，这说明时间和空间与物质的运动不可分割。 (2) 当 v c： ?t ? ?t ?l ? ?l 即绝对时间和绝对空间的经典力学是在 v c的一种近似，对于高速领域 (可与光速比拟)，必须考虑相对论效应。 一、洛仑兹坐标变换 P点的时空坐标 S系 (x, y, z, t ) S 系 (x , y , z , t ) y = y z = z x、 x 之间的关系 洛仑兹变换 §3.4 P x x z y z vt o o y x x 图3－7 A P x x z y z vt o o y x x 图3－7 S 系： 根据长度