相对论简介课件.ppt

伽利略变换 3、伽氏变换下麦氏方程等可变性的三种看法 由光速不变原理： 由发展的观点： 狭义 牛顿力学 情况下 （二）洛伦兹变换 对于S系而言，其波面(波前)到达(x，y，z)处所需时间为： 有 对于 系而言，其波面（波前）到达 处所需时间，根据光速不变原理得 由客观事实是确定的 且空间均匀各向同性： 与 下面的任务是 根据上述四式 利用比较系数法 确定系数 的关系是 根据相对性原理知 ，新的时空关系必须是线性的，这样才能保证在S系的匀速直线运动，在S? 系也是匀速直线运动，可推导得 时空坐标的洛伦兹变换 时空坐标的洛伦兹逆变换 其中 说明: (1)若 u c，? 无意义。?|u| ? c 光速是物体运动的极限速度. (3) 若 |u|c, ? ?1, ?? 0 洛?伽利略变换. (2) 时间与运动有关，与空间有关. （三） 洛伦兹变换蕴含的时空观 事件1 事件2 两事件同时发生 ？ 1.同时的相对性 若 同时性的相对性 已知 S’参照系中 讨论： ①若 （S上同时不同地点的两事件） 不同时 ② 即只有在S中同时同地点的事件，在S? 中才是同时的. ③ 即在S系中不同时刻，不同地点的两事件，在S? 中有可能同时. ④对于有因果关系的两个事件，时间顺序不会颠倒. 2.运动的杆缩短（长度收缩） 静长度(固有长度)——相对观察 者静止时的长度 l0. 当棒相对观察者以 u 运动时，观 测长度 l=? 棒静止在 系中 棒以极高的速度相对S系运动 S系测得棒的长度值是什么呢？ 同时测的条件是必要的 事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端 相应的时空坐标 由洛仑兹变换 注意：长度的缩短是相对的. 对给定的杆,在相对于它静止的坐标系中，长度最大. 纵向效应 在低速下 ? 伽利略变换 同时性的相对性的直接结果 3.运动的时钟变慢 在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔 (同一只钟测量) ，与另一系中，在两个地点的这两 个事件的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。 研究的问题是： 在某一参考系中，同一地点先后发生的两个事件的时 间间隔叫原时（固有时间间隔）。 设在S? 系中同一地点x?=?处发生二个事件的时间间隔为 在S上看，二事件发生于t1和t2，相隔 原时最短 ? 运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征 (四) 尺缩钟慢的实验检验 [例题1] 有文献报道在高为1981m的山顶上测得563个? 子进入大气层,在海平面测得408个.示意如图12.5. 已知 ?子下降速率为0.995c，c表示真空中光速.试解释上述测得结果. [解] ?子速率已达0.995c,非常接近光速,应用相对论.但为了与经典观点比较,先按经典的时空观求解,按非相对论时空观，时间是绝对的,因而 ?子运动时和静止的半衰期相同,即亦为?0 . ?子降落时间为 t =1981/0. 995c 即仅有27个? 子到达海平面,与实验结果不合. 现在运用相对论研究.首先以地球为参考系, ? 子运动时间仍为 t =1981/0.995c.但因动钟变慢,运动的? 介子的半衰期应为 再从与?子一起运动的参考系研究.此参考系中?子静止,故其半衰期仍为 ;但因“动尺缩短”,山的高度成为 故得 与前面结果相同. 此结果与实验基本符合. [例题2] 如图表示气泡室中一些基本粒子的轨迹. 其中描写一? 介子与质子相碰产生其他粒子，图中K+ 即碰撞处。我们仅考虑它们之中的K0粒子.它经d=1?10-1m 的距离便衰变为两个具有相反电荷的 ?介子.若 K0的速度为 v=2.24?108m/s,试求其固有寿命. [解] 粒子的速率已达2.24?108m/s ,达光速70%以上,应当用相对论计算.题中d和v显然是实验室中测得的.从实验室测得的粒子运动的时间间隔为 表明固有时间间隔最短. K0粒子的固有寿命应为 12.3 相对论的速度变换 设坐标系S? 相对于坐标系S 以速度 u 沿 x 轴正向运动, 则对于S系而言（根据速度定义）： 同样对于S? 系而言： 逆变换 正变换 菲涅尔研究介质对其中光速的影响实验结果 [解] 按折射率与光速关系,光在静止介质中的光速为c/n .又因介质运动和光传播同方向或相反,由洛伦兹速度变换,得 略掉 及更高阶小量,即得证. [例题] 试用相对论证明 又可写作 12.4 相对论的动量和能量 （一） 相对论的动量 （二）相对论的质能公式 （三）动量-能量公式 （四） 动量中心