第十九章狭义相对论基础.ppt

⑴ ⑵在Ox方向上，由长度收缩效应有 三. 时间间隔的相对性（运动时钟变慢） 列车中小睡的旅客入睡和睡醒为两事件 S’系中两事件在同一地点发生，空间间隔 根据洛伦兹变换， S 系中两事件的时间间隔为 地面观察者：运动的钟变慢了！ 睡醒时 入睡时 S’ 系 S’ 系 结论 时间间隔是相对的，对本惯性系作相对运动的钟变慢！ 双生子佯谬： 孪生兄弟之一去周游天际 返回时谁更年青？ 四. 事件发生顺序的相对性 根据洛伦兹变换，S’系中两事件的时间间隔为 S系 S’系 即无因果关系的两事件发生的先后顺序是相对的 当 时，有 ，而 。 B A 地面观察者：A 先开枪！ 车上观察者：B 先开枪！ 结果表明，现代粒子物理实验证实了相对论效应 例题19-3 相对于 μ 子为静止的参考系中μ 子的平均寿命为 。在高能物理实验中，它的速率为 时，通过平均距离为8 km，试说明这实验结果。 解 按照洛伦兹变换，观察者测得μ 子的平均寿命为 通过平均距离为 * * 第五篇 近代物理学基础 十九 世纪末，以经典力学、电磁场理论和经典统计力学为主要支柱，经典物理学达到了完整、系统和成熟的阶段。不少物理学家认为： 物理学的大厦已经基本建成，物理学理论上的一些基本的、原则的问题都已经得到解决，接近于采取最终稳定的形式。今后的任务只是进一步精确化的问题。也许，在某个角落还有一粒尘屑或小气泡，可以对它们进行研究和分类。 十九与二十世纪之交时，晴朗的物理学天空中出现了两朵乌云——开尔文（威廉．汤姆孙） 1. 迈克尔孙-莫雷实验得到以太漂移的“零结果”，宣告寻找宇宙绝对参考系的企图失败了，经典物理学所赖以建立的绝对时空观受到严重挑战； 2. 气体比热问题上经典理论能量均分原理失败。 此外，在黑体辐射问题上，经典理论也同样遭遇了困难。 这两朵乌云终于降下了二十世纪物理学革命的暴风雨 相对论诞生 量子论诞生 相对论和量子论是现代科学与文明的两大基石 爱因斯坦(1905) 普朗克(1900) 玻尔(1912) 第十九章 狭义相对论基础 超现实主义画家达利的作品 §19-6 相对论动力学基础 §19-5 洛伦兹速度变换法则 §19-4 狭义相对论时空观 §19-3 爱因斯坦假设 洛伦兹变换 §19-2 迈克耳孙-莫雷实验 §19-1 伽利略变换 经典力学时空观 力学相对性原理 2.了解洛伦兹坐标变换，了解狭义相对论中同时的相对性，以及长度收缩和时间膨胀概念。 1.了解狭义相对论的两个基本假设。 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。 3.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。 一. 伽利略变换 §19-1 伽利略变换 经典力学时空观 力学相对性原理 事件的描述 发生地点为(x,y,z)和发生时刻为t ， 在一个参考系中要用四个坐标(x,y,z,t)描述。 事件 某一时刻在空间某一点发生的某一现象 事件 1 事件 2 发射炮弹 击中目标 (x1, y1, z1) (x2, y2, z2) t t1 t2 x y z 空间坐标 两个观察者所用的时钟校准过，快慢相同；米尺比较过，长度相同。 x y O 两个参考系原点重合时开始计时 地面坐标系 S 运动坐标系 S’ 地面观察者 车上观察者 事件 信号灯亮 在两个惯性参考系中观察同一事件 两个观察者所测得同一事件的时间坐标关系为 空间坐标关系为 伽利略变换 或 逆变换 空时变换 二. 经典力学时空观 1.两事件发生的时间间隔 2.同一物体的长度 时间间隔是绝对的，与参考系无关 空间间隔是绝对的，与参考系无关 两事件发生的时刻，S 系中测得为t1和t2， S’系中测得为t1’和t2’，根据伽利略变换 因此得 同一时刻测量物体两端坐标，S 系中测得为x1和x2， S’系中测得为x1’和x2’，根据伽利略变换 三. 力学相对性原理 伽利略《两大世界体系的对话》（1632年） 萨尔维阿蒂的大船 跳向船尾不会比跳向船头来得远 蝴蝶和苍蝇随便地到处飞行 水滴入罐，不会滴向船尾 鱼在碗中悠闲地游动 你无法从其中发生的任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动——伽利略相对性原理 经典力学中认为质量是常量 惯性系 牛顿定律适用的参考系 对已知惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系 牛顿第二定律