34相对论1演示稿.ppt

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伽利略变换与经典力学时空观 爱因斯坦假说和迈克尔逊·莫雷实验 时间延缓和长度收缩 相对论动量与能量 洛伦兹变换与相对论的时空观 §18.1 伽利略变换与经典力学时空观 经典力学在讨论不同的惯性系之间的运动联系时,假定了时间和空间测量不随参考系的变化而变化。在此基础上得到了经典的伽利略变换。在低速的物体运动中它所获得的结论与实验的结果并不矛盾。但在电磁理论中它受到了实验结果的质疑。 Primary:伽利略变换 Secondary:经典力学的时空观 Third:牛顿力学的困难 Main Goals 1.伽利略变换 伽利略坐标变换式: 时间和空间无关 §18.1 伽利略变换与经典力学时空观 求导可得速度和加速度的伽利略变换式 牛顿定律对伽利略变换不变 §18.1 伽利略变换与经典力学时空观 力学的相对性原理:对任何惯性系来说,力学现象都遵从同样的规律,即一切惯性系都是等价的。 船走吗? 舟行而不觉也 ——西汉《尚书纬 ?考灵曜》 §18.1 伽利略变换与经典力学时空观 2.经典力学时空观 K系 时间和空间彼此独立 绝对空间:长度量度与参照系无关 K系 §18.1 伽利略变换与经典力学时空观 经典力学时空观→绝对时空观 绝对时间:时间量度与参照系无关 绝对质量:物体质量与参照系无关 在此基础上有: §18.1 伽利略变换与经典力学时空观 3.牛顿力学的困难 光传到乙的时间: 传到乙的时间: 先出球,后击球 →先后颠倒 击前瞬间: 击后瞬间: §18.1 伽利略变换与经典力学时空观 §18.2 爱因斯坦假说与 迈克尔逊-莫雷实验 狭义相对论是爱因斯坦1905年在《运动物体的电动力学》的论文中提出的两条假设中推导出来的。发表时,他年仅26岁。揭示了空间和时间的本质联系,引起了物理学革命。同年又提出了质能关系,在理论上为原子能时代开辟了道路。 Primary:爱因斯坦假说 Secondary:迈克尔逊-莫雷实验 Main Goals 1.爱因斯坦假说 (1)相对性原理(relativity principle):绝对的匀速运动是不可能被探测到的。  (2)光速不变原理( principle of constancy of light):光的速度与光源的速度无关。 推论:每个观察者测量光速都获得相同的数值,光速同光源与观察者之间的相对运动无关。 推论:物理规律在一切惯性系中都是相同的,不存在特殊的惯性系。 §18.2爱因斯坦假说 R1 R2 S v R1 R2 S v v 假说1说明:左右图所示的参考系是完全等价的。 假说2说明:在左图中R1与右图中R2测量的光速      相同。 结论:左右图所示的情况下R1与R2所测量的光速均 相同。 §18.2爱因斯坦假说 2. 迈克尔逊-莫雷实验 经典理论:光是在介质“以太”中传播的电磁波。 光为横波,横波在固体介质中传播的波速: “以太”为何物?是否存在? 要求G(刚性)很大,?(质量)很小 问题: 测定地球相对于以太的速度是是人们感兴趣的问题! 麦克斯韦指出:地球相对以太的速度v仅在二级小量上出现(v2/c2),所以小的无法测量。 §18.2爱因斯坦假说 当光源和反射镜相对于以太于速度v运动时: v A B L c-v c+v 光反射一来回的时间: §18.2爱因斯坦假说 一般方法无法测量。 G T S 迈克尔逊干涉仪: 以太系 以太风 §18.2爱因斯坦假说 G T S v L L 对平面镜M2光反射一来回的时间: 对平面镜M1光相对于干涉仪的速度: 对平面镜M2光反射一来回的时间: §18.2爱因斯坦假说 两臂光的时间差: 产生干涉条纹后,把干涉仪旋转90?,引起干涉条纹的移动。 每束光引起的光程差: 两束光引起的光程差: 干涉条纹的移动数目: §18.2爱因斯坦假说 光速: 光波长: 干涉仪臂长约: 1881实验结果: 未观察到条纹移动 地球绕太阳的公转速度: §18.2爱因斯坦假说 1887多次反射光路实验装置 §18.2爱因斯坦假说 与1881年实验比较 §18.2爱因斯坦假说 大学物理-热学 Heat ,University Physics 大学物理-相对论 Relativity theory, University Physics 大学物理-热学 大学物理-相对论 * 近代物理学基础 物理学中只留下很少的事情可做了。 1900年英国物理学家开尔文展望20 世纪科学: “在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了” 但是,这种乐观却是非常短暂的。 “但是,在物理学晴朗天空的远处, 还有两朵小小的令人不安的乌云” 黑体热辐射实验 迈克耳逊-莫雷实验 迈克尔逊-莫雷实验?牛

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