15章狭义相对论力学基础.pptVIP

一宇宙飞船以速度 u 远离地球沿 x 轴方向飞行，发现飞船前方有一棒形不明飞行物，平行于 x 轴。飞船上测得此物长为l ，速度大小为 v ，方向沿 x 轴正向。 令地球参照系为 S 系，飞船为 S 系，不明飞行物为S 系，则在S 系中测得不明飞行物的长度为原长 l 0 ，由长度收缩公式有 地面上的观测者测得此物长度。 例 解 求 由速度逆变换式有 S O O S x S O 例 解 求 飞船 A , B 相对于地面分别以 0.6 c 和 0.8 c 的速度相向而行。 (1) 飞船 A 上测得地球的速度； (2) 飞船 A 上测得飞船 B 的速度； (3) 地面上测得飞船 A 和飞船 B 的相对速度。 (1) 根据运动的相对性，飞船 A 上测得地球的速度为: - 0.6c (2) 设地面为 S 系，飞船 A 为 S 系，S 系相对与 S 系的速度为 u = 0.6 c. 依题意飞船 B 在 S 系中的速度 v = -0.8 c， 由洛仑兹速度变换，S 系(飞 船 A)测得飞船 B 的速度为 A B O S S O (3) 地面上测得飞船 A 和飞船 B 的相对速度为 在相对论中，物质的运动速度不会超过真空中的光速 c，是指某观察者看到的所有物体相对于它的速度不会超过 c. 在地面上观测飞船 A 和飞船 B 的相对速度是地面看到的其它两物体的相对速度，它不是某一物体对地面的速度，因此不受极限速度的限制。 经典多普勒效应： 经典多普勒效应对光是不正确的 对于光波，有 在相对论中，不同的惯性系中波长和频率将不同，但两者的乘积恒为 c §15.6 光的多普勒效应 ? 为观察者实测到的光频率 ?0 为光源的固有频率 一. 相对论多普勒频移公式 ? 与空间有关? 与时间有关 *推导 (x, y, z , t ) (0, 0, 0, t* ) y x 光源 观察者 O 1. 光的纵向多普勒效应 “红移” (1) 若光源离开观察者，上式中? 取正号，这时?l ?0 ，实测频率 ?l 小于光源固有频率?0 “蓝移” (2) 若光源趋近观察者，上式中? 取负号，这时?l ?0 ，实测频率 ?l 大于光源固有频率?0 2. 光的横向多普勒效应 二.机械波和光的多普勒效应的区别 (1) 机械波无横向多普勒效应；而光波具有横向多普勒效应。 (3) 波的传播媒质运动不影响光的多普勒频移，但却影响机械波的多普勒频移。 (2) 光的多普勒频移与波源对于观察者运动，还是观察者对于波源运动无关，而机械波的多普勒频移在这两种情况下是不同的。 * 第 15 章 狭义相对论力学基础 爱因斯坦 (Einstein) 爱因斯坦 20世纪最伟大的物理学家，1879年3月14日出生于德国乌尔姆，1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学。1905年，爱因斯坦在科学史上创造了史无前例的奇迹。这一年的3月到9月半年中，利用业余时间发表了 6 篇论文，在物理学 3 个领域作出了具有划时代意义的贡献 — 创建了光量子理论、狭义相对论和分子运动论。 爱因斯坦在1915年到1917年的3年中，还在 3 个不同领域做出了历史性的杰出贡献 — 建成了广义相对论、辐射量子理论和现代科学的宇宙论。 爱因斯坦获得 1921 年的诺贝尔物理学奖 牛 顿 力 学 麦 克 斯 韦 电 磁 场 理 论 热力学与经典统计理论 两朵小乌云 迈克耳逊——莫雷“以太漂移”实验 黑体辐射实验 强调 近代物理不是对经典理论的简单否定。 近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。 狭义相对论 量子力学 近代物理学的两大支柱，逐步建立了新的物理理论。 19世纪后期，经典物理学的三大理论体系使经典物理学已趋于成熟。 绝对时间 绝对空间 绝对的、数学的、与物质的存在和运动无关 在所有惯性系中，物体运动所遵循的力学规律是相同的，具有相同的数学表达形式。或者说，对于描述力学现象的规律而言，所有惯性系是等价的。 §15.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 一. 绝对时空观 二. 经典力学的相对性原理 经典力学相对性原理与绝对时空观密切相关 三. 伽利略变换 正变换 逆变换 伽利略变换式 在两个惯性系中分析描述同一物理事件 在 t ＝0 时刻，物体在 O 点, S , S 系重合。t 时刻，物体到达 P 点 P (x, y, z; t ) (x, y, z; t) y O z S x (x ) O z y S u 是恒量 速度变换和加速度变换式为 请大家自己写出速度、加速度的逆变换式 由定义 并注意到 写成分量式 在牛顿力学中 四. 牛顿运动定律具有伽利略变换的不变性 质量与运动无关 力与参考系无关 迈克耳逊 - 莫雷实验 对 (1) 光