[理学]19狭义相对论NN.ppt

运动方向上长度收缩； 讨论: (1)固有长度最长。 (2) 垂直于运动方向上长度不变。 ---与参考系无关, 具有绝对性。 [例]两根固有长度均为 l0的尺A和B相互平行, 以相同的速率v相对于S系运动, 方向相反。求B相对于A的长度。 A B S O v X v S O X 解: B相对S系： B相对 系： 相对S系： 得 A B S O S O S ￠ v X v X S ￠ v u = [例]地面上一跑道长100m,运动员从起点跑到终点,用时10s.一飞船相对地面以0.8c的速度沿跑道方向向前飞行。从飞船观测: (1)跑道有多长?(2)运动员跑过的距离和所用时间是多少？ 解: (1) (2) 以地面为S系,飞船为S′系 △x = 100m, △t =10s; ≈-4.0×108 (m) ≈ 16.7 (s) 两个事件间 * 第 十 九 章 爱因斯坦 理论物理学家。他是自然科学的改革者,创立了狭义相对论和广义相对论。提出光量子理论以及波色-爱因斯坦量子统计法。晚年致力于宇宙学和统一场论的研究.获1921年诺贝尔物理学奖。 主要内容： 1.洛伦兹变换; 2.狭义相对论的基本原理、时空观; 3.相对论动力学的主要结论。 §19-1 伽俐略变换 经典时空观 一.伽俐略变换 事件—某一时刻发生在空间某一点的事 例, 用 ( r, t ) 表示。 1.伽俐略坐标变换 设: 系相对于 系沿 X 轴正方向以 作匀速运动。 S S u 约定系统 与 轴、 与 轴平行; 与 重合时, 与 轴重合; 正变换 逆变换 伽俐略坐标变换: t t z z y y ut x x = = = - = t t z z y y ut x x = = = + = ) ( S S ? ) ( S S ? 2.伽俐略速度变换 3.加速度对伽俐略变换不变 ——加速度与惯性系的选择无关。 z z y y x x v v v v u v v = = - = z z y y x x v v v v u v v = = + = 二.力学相对性原理 力学规律在所有的惯性系中具有完全相同的表达形式。 或: 对力学规律而言, 所有惯性系都是等价的。 三.经典力学的时空观 ——绝对时空观 时间和空间彼此独立, 并且与物质的运动无关。同时性、时间间隔和空间间隔的测量都具有绝对性。 §19-2 洛伦兹变换 一.光速的伽俐略变换未能被实验证实 迈克尔孙-莫雷实验 “零结果” T 二.狭义相对论的基本原理(基本假设) 1.相对性原理 物理定律在所有的惯性系中都是相同的, 即所有的惯性系都是等价的。 在所有的惯性系中, 真空中光沿各个方向传播的速度都等于常量c,与光源和观察者的运动状态无关。 2.光速不变原理 三.洛伦兹变换 根椐狭义相对论的两条基本原理, 可以得到约定系统的相对论变换式。 ——洛伦兹变换。 约定系统 与 轴、 与 轴平行; 与 重合时, 与 轴重合; 式中: ——相对论因子,也称收缩因子。 正变换 ) ( 2 x c u t t - = g z z y y ut x x = = - = ) ( g 逆变换 ) ( z z y y ut x x = = + = g ) ( 2 x c u t t + = g 2 2 1 1 ) / ( 1 1 b g - = - = c u 伽俐略变换是洛伦兹变换在低速条件 下的近似。 光速c是一切物体运动速度的极限。 四.洛伦兹速度变换 注意： dt dt 1 , dt dx v x = dt dx v x = 系相对于 系 正变换 ： 沿 X 轴正方向以 作匀速运动。 ) ( S S ? S S , 1 2 x x x v c u u v v - - = , 1 1 2 2 x y y v c u v v - - = b x z z v c u v v 2 2 1 1 - - = b 逆变换 ： 作匀速运动。 ) ( S S ? 系相对于 系 沿 X 轴正方向以 S S , 1 2 x x x v c u u v v + + = , 1 1 2 2 x y y v c u v v + - = b 1 1 2 2 x z z v c u v v + - = b 伽俐略变换是洛伦兹变换在低速条件下