理解狭义相对论的两条基本原理和洛仑兹变换28.ppt

1.理解狭义相对论的两条基本原理和洛仑兹变换; 4.会用质能关系和质速关系计算有关的简单问题。 2.理解狭义相对论的时空观和经典时空观的差异; 3.会分析计算有关长度收缩、时间膨胀、同时相对 性及一维速度变换的问题。 学习要求 狭义相对论 狭义相对论 原理 两个基本假设 光速不变原理 运动学 动力学 洛伦兹 时空变换 洛伦兹 速度变换 研究 问题 两个事件的时空间隔在两个 参考系中的结果的计算 vx—物体相对于S系的速度 v‘x—物体相对于S`系的速度 u—S`相对于S系的速度 无论是 vx , vx 都小于c 若 vx =c ，则 v‘x =c 若 v‘x =c ，则 vx =c u S’ S 三 个 特 例 异地同时 相对性 时间膨胀 长度收缩 （原时） 原时 最短 原长 最长 （原长） 研究 问题 粒子相互作用过程问题。计算作用前后的动力学量，如质量、能量等。 能量守恒： 动量守恒： （运动质量守恒， 静止质量不守恒） 相对论质量： 相对论动量： 相对论能量： 相对论动能： 相对论三角关系： 知识点框图 1.狭义相对论的两条基本原理 在所有的惯性系中，一切物理定律都具有相同的形式。 (1)狭义相对性原理 (2)光速不变原理 在所有的惯性系内测得真空中的光速恒为c. ( c = 2.997925 ?108 m/s) 基本概念和规律 2.洛仑兹变换 (1)坐标变换: x= ? (x?+ ut) y=y ? z=z ? t=? (t ? +ux ? /c2 ) x ? = ? (x-ut) y ? =y z ? =z t ? = ? (t-ux/c2 ) u O’ Z ? Y ? X ? Y Z X O (2)一维速度变换 同一事件在两个惯性系中的两组 时空坐标之间的变换关系。 3.狭义相对论的时空观 (1)同时性的相对性 (3)时间膨涨效应(动钟变慢) (2)长度量度的相对性(动尺收缩) 4.相对论质量和动量 5.相对论能量 相对论动能 6.相对论动量和能量的关系 7.粒子的相互作用 动量守恒 能量守恒 课堂讨论题 1.同时的相对性的含义是什么？为什么会有这种相对性？如果光速是无限大，是否还有同时性的相对性? 答：如果光速是无限大，就不存在同时性的相对性了。由洛伦兹变换 当c是无限大则Δt ? =Δt，说明在不同惯性系中有相同的同时性概念。 (2)在一个惯性系中两个不同时的事件,满足什么条件在另一个惯性系为同时; 2.根据相对论时空观讨论下列说法: (1)在一个惯性系中两个同时的事件,在另一个惯性系一定不同时; 答:不一定. 答:在一个惯性系中两个不同时的事件,在另一个惯性系能成为同时,即 ∵?t=0, ∴只有 ?x≠0,才能?t≠ 0 由于 3．一物体在S′系中的速度为u′，S′系相对于S系的速度为v，u′和v沿同一方向。试问：为什么不能把u′和v直接相加求得该物体在S系中的速度？怎样才能相加？ 解：题中所说物体在S‘系中的速度u ? ，是用S ?系的钟和尺量度的值，S ?系相对于S系的速度v，是用S系的钟和尺量度的值。在经典力学中，认为S ?和S两个惯性参照系里钟的走时和尺的长度都相同，所以u ?和v是用同一标准量度的值，两者可以直接相加，其相加结果就是物体在S系中的速度。 所以，物体在S系中的速度 在相对论中则不然。 和S两个惯性参照系里钟的走时和尺的长度都不再相同，所以 和v是用不同标准量度的值，两者不能直接相加，即u ? +v 。为了求出物体在S系中的速度，必须先把 变换成用S系的标准量度的值 ,然后再和v相加. 是S系中的观察者看到的物体在 系中的速度。 4.给出下列物理量：位移、质量、时间、速度、动量，动能。试问： （1）哪些是经典物理中的不变量？（即对于伽利略变换不变）。哪些是相对论中的不变量？（即对于洛伦兹变换不变） （2）由给出的物理量可组成哪些相对论的不变量？ 解:(1)质量、力、时间是经典物理中的不变量。 位移、质量、时间、速度、动量，动能都不是相对论中的不变量。 （2）由给出的物理量能组成两个相对论的不变量： 称为两事件的时空间隔。 所以 也是相对论不变量。 根据相对论的能量、动量关系式 由于静止能量m0c4是不变量， 1:静止的?介子的平均寿命为2×10-6s,今在8km高空，由于 ?介子的衰变产生一个速度为0.998c的? 子,试从两个角度 (尺缩和钟慢)论证? 子有无可能到达地面。 所以，有可能到达地面。 解法1:地面参考系中粒子寿命变长 课堂