第11章狭义相对论力学(改).ppt

三、狭义相对论基本原理 1、相对效应 讨论 在S中的观察者 在S中的观察者 2 纵向效应 3 在低速下 ? 伽利略变换 在两参考系内测量的纵向的长度是一样的。 例：原长为10m的飞船以u＝3×103m/s的速率相对于地面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？ 解： 差别很难测出。 三、时间延缓 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： 固有时间 运动时间 一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟测量到的时间（原时）。用 表示。 一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测量到的时间（两地时）。用?t 表示。 (观测时间) 原时最短，动钟变慢 运动时间 时间膨胀了， 即S系观测时，过程变慢了。 例、一飞船以3×103m/s的速率相对于地面匀速飞行。飞船上的钟走了10s,地面上的钟经过了多少时间？ 解： 飞船的时间膨胀效应实际上很难测出 由因果律联系的两事件的时序是否会颠倒？ 四、因果关系 时序: 两个事件发生的时间顺序。 在S中：是否能发生先鸟死，后开枪？ 在S中：先开枪，后鸟死 子弹 前 事件1： 开枪 在S中： 后 事件2： 鸟死 子弹速度 信号传递速度 所以由因果率联系的两事件的时序不会颠倒。 在S系中： 在S系中：仍然是开枪在前，鸟死在后。 狭义相对论时空观 1、相对于观测者运动的惯性系沿运动方向的长度对观测者来说收缩了。 2、相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对测者来说变慢了。 3、长度收缩和时间膨胀效应是时间和空间的基本属性之一，与具体的物质属性或物理过程的机理无关。 4、没有“绝对”的时间、“绝对”的空间。长度收缩和时间的膨胀是相对的。 ?狭义相对论时空观认为： 时间、空间、运动三者是不可分割地联系着；时间、空间的度量是相对的。不同的惯性系没有共同的同时性，没有相同的时间、空间度量。狭义相对论时空观反映在洛仑兹变换之中。 例：宇宙射线进入大气层时，会形成丰富的μ子。 并以0.995c的速率飞向地面。 已知实验室中μ子（静止）的平均寿命为　　　　　　　 设大气层厚度为6000m，试问μ子 能否在衰变前到达地面？ 设地为S系、 μ子为Sˊ系。则 解法二 ：见书 解法一 对Sˊ系 对S系 高速运动时动力学概念如何？ 基本出发点： 1、力学定律在洛仑兹变换下形式不变； 2、低速时转化成相应的经典力学形式。 11-4 狭义相对论动力学基础 一、质量与速度的关系 1.力与动量 2.质量的表达式 猜想形式？ 力持续作用 动量持续增大 但 u 的上限是 c 要求：m随速率增大而增大 合理 合理 m 二、狭义相对论动力学的基本方程 恒力作用下，不会有恒定的加速度。 三、 相对论动能 动能定理应该是合理的 设质点从静止，通过力作功，使动能增加。 相对论动能 两边求微分: 由(1)、(2)式得 1) 合理否？ 2) 与经典动能形式完全不同 若电子速度为 讨论 第十一章 狭义相对论 爱因斯坦（A.Einstein，1879-1955） 1905 《论运动物体的电动力学》 现代时空的创始人 11-1 狭义相对论的基本原理 一、伽利略变换 经典力学时空观 伽利略坐标变换 根据伽利略变换，我们可得出牛顿的绝对时空观，也称之为经典时空观 在S系内，米尺的长度为 利用伽利略变换式得 结论：空间任意两点之间的距离对于任何的惯性系而言都是相等的，与惯性系的选择或观察者的相对运动无关，也就是说，长度是“绝对的”，或称之为“绝对空间” 物体的坐标和速度、“同一地点”是相对的 时间、长度、质量、“同时性”和力学定律的形式是绝对的 伽利略速度变换和加速度变换 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 迈克耳逊-莫雷实验：零结果 课后查找和阅读有关材料： 1.狭义相对性原理 物理规律在所有的惯性系中都有相同的数学形式。 2.光速不变原理 在所有惯性系中，光在真空中的速率恒为c 1. Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展 讨论 一切物理规律 力学规律 2. 光速不变与伽利略变换 3. 观念上的变革 牛顿力学 时间标度 长度标度 质量的测量 与参考系无关 速度与参考系有关 (相对性) 狭义相对论力学 长度 时间 质量 与参考系有关 光速不变 (相对性) 11-2 洛伦兹变换 一、洛仑兹坐标变换 寻找 重合 两个参考系相应的坐标值之间的关系 时空变换关系 正变换 逆变换 对于洛仑兹变换的说明： 1、在狭义相对论中，洛仑兹变换占据中心地位； 2、洛仑兹变换是同一事件