大学物理 吴百诗主编4-1.ppt

* 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 19世纪,一些人认为电磁波和机械波一样,是在某一种介质中传播的,该介质被称为“以太”。认为以太是绝对静止的,并弥漫于整个宇宙间,无色无味,具有极大的弹性模量,但又不产生任何阻力等一些特性。 在茫茫以太的海洋中漂泊的观察者乘坐的航船是地球,地球以怎样的速度在以太的海洋中航行,在其中飞行的地球上应该感到迎面吹来的以太风。如果在地面上让光线在平行和垂直于以太风的方向上传播,它们应有不同的速度。 1887年,美国物理学家迈克耳孙和莫雷为证明以太的存在一起设计了测量地球在以太中运动速度的实验。 牛顿力学的困难 §4-1狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 一、狭义相对论的基本原理 迈克耳孙和莫雷实验装置 若地球相对以太以 v 运动，则以太风从右边吹来。 若地球相对以太以 v 运动，则以太风从右边吹来。 1.在实验室S’系观察 ①光从G1 M1 光速 c –v 顶风， ①光从M1 G1 光速 c +v 顺风， 来回时间 2.在实验室S’系观察 ②光从G1 M2 光速 ②光从M2 G1 光速 来回时间 两束光到望远镜的时间差： 3.将仪器旋转90°两路光到望远镜的时间差为 如果实验前提正确，应该观察到0.4条的条纹移动。可是他们没有得到应有结果。后来又在德国、美国、瑞士多次重复该实验，得到的仍然是 “0结果”。迈克耳孙在 70 高龄时仍在做这方面的工作。 爱因斯坦迈出了决定性的一步，断然否定了绝对时空观并在此基础上提出了相对论。 爱因斯坦提出： （1）一切物理规律在任何惯性系中形式相同. —— 相对性原理 （2）光在真空中的速度与发射体的运动状态无关 —— 光速不变原理. 狭义相对论的基本原理 (2) 光速不变与伽利略的速度相加原理针锋相对 (3) 观念上的变革 牛顿力学 均与参考系无关 狭义相对论力学 长度、时间测量的相对性 （与参考系有关） 光速不变 速度与参考系有关(相对性) 时间标度 长度标度 质量的测量 (1) 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展 爱因斯坦相对论适用于一切物理规律。 牛顿理论适用于力学规律。 注意： 问题： 寻找 对同一客观事件 两个参考系中相应的 坐标值之间的关系 二、 洛伦兹变换 重合，且在此发出闪光。 经一段时间光传到 P 点（事件） 在约定的系统中， 时， 坐标变换式 或 令 则 正变换 逆变换 正变换 伽利略变换 2) v c , ??1 变换无意义 速度有极限 时间 与 均有关，为时空坐标； 讨论： 例题4-1 甲乙两人所乘飞行器沿Ox 轴作相对运动。甲测得两个事件的时空坐标为x1=6?104m，y1=z1=0，t1=2?10-4 s ；x2=12?104m， y2=z2=0， t2=1?10-4s，若乙测得这两个事件同时发生于t′时刻，问： （1）乙对于甲的运动速度是多少？ （2）乙所测得的两个事件的空间间隔是多少？ 解：（1）设乙对甲的运动速度为 ，由洛伦兹变换 可知, 乙所测得的这两个事件的时间间隔是 按题意， , 代入已知数据，有 由此解得乙对甲的速度为 （2）根据洛伦兹变换 可知, 乙所测得的两个事件的空间间隔是 选择进入下一节 §4-0 教学基本要求 §4-1 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 §4-2 相对论速度变换 §4-3 狭义相对论的时空观 §4-4 狭义相对论动力学基础 *§4-5 广义相对论简介 根据狭义相对性原理可以得到洛仑兹变换 从洛伦兹变换关系中，可以看出，时间变换中包含了坐标和速度两个因子，这说明时间、空间与物质运动之间有着不可分割的联系。洛伦兹变换的核心是它以数学形式反映了狭义相对论的时空观。 当u远远小于光速时，洛伦兹变换就成了伽利略变换，伽利略变换是洛伦兹变换在低速下的近似。 如果u大于或等于光速，则各量没有物理意义，因而两参照系的相对速度不可能等于或大于光速。由于参照系总是借助于一定的物体而确定的，所以，根据狭义相对论的基本假设，任何物体相对另一物体的速度不能等于或超过真空中的光速。光速是一切实际物体运动速度的极限。