狭义相对论基础课件.ppt

§2 狭义相对论的基本假设 一.爱因斯坦的狭义相对论基本假设 §3同时性的相对性 relativity of simultaneity 有两个事件：事件1、事件2 S系： S/系： P340. T6.8一只装有无线电发射和接收装置的飞船，正以4/5C的速度飞离地球。当宇航员发射一无线电信号后，信号经地球反射，60s后宇航员才收到反射信号。 （1）在地球反射信号的时刻，从飞船上测得的地球离飞船多远？ （2）当飞船接收到反射信号时，地球上测得的飞船离地球多远？ §6 相对论速度变换 由洛仑兹 坐标变换 上面两式之比 定义 由洛仑兹变换知 由上两式得 同样得 洛仑兹速度变换式 逆变换 正变换 例：设想一飞船以0.80c 的速度在地球上空飞行， 如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体 相对飞船速度为0.90c 。 问：从地面上看，物体速度多大？ 解： 选飞船参考系为 系 地面参考系为 系 狭义相对论动力学基础 高速运动时动力学概念如何？ 基本出发点： ?基本规律在洛仑兹变换下形式不变； ?低速时回到牛力 §7相对论的质量和动量 一.质量和动量 1.力与动量 状态量 合理 合理 2.质量的表达 猜想形式？ 持续作用 持续 但 的上限是 c 随速率增大而增大 要求 实验证明 讨论 ? 合理性 ? 特殊情况下，理论证明 ? 最终由实验证明(即将说明) ? 由于空间的各向同性 与速度方向无关 ? ? 相对论动量 ? 数据 二. 狭义相对论运动方程 由 得 两是联立得 讨论 ? 不仅取决于 还取决于 ?若 与牛力形式相同 惯性的量度 但 ? 一般情况下 不是惯性的量度 例 分析垂直进入均匀磁场中的带电粒子运动情况 已知:磁感强度为 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 分析： 圆周运动 实验验证 与 关系的理论基础 1908年德国布歇勒做出了质量与速度的关系 有力地支持了相对论 产生均匀磁场的线圈 ---镭源 产生均匀电场的平行板电容器 ---感光底片 实验物理学家是伟大的 实验装置 §8 相对论性能量 一.相对论动能 动能定理应该是合理的 ?设计质点从静止，通过力作功，使动能增加。 ? ? 由 讨论 ?合理否？ ?与经典动能形式完全不同 若电子速度为 二. 相对论能量 运动时的能量 静止时的能量 除动能以外的能量 讨论 ? 任何宏观静止的物体具有能量 ? 相对论质量是能量的量度 * 爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼 5 狭义相对论基础 special relativity 主要内容： 狭义相对论的基本假设 同时性的相对性 洛仑兹变换式 运动时钟变慢和长度缩短 洛仑兹速度变换 相对论性质量和动量 相对论性能量 在两个惯性系中考察同一物理事件 一.伽利略变换 Galilean transformation 设惯性系S 和相对S运动的惯性系 t时刻，物体到达P点 §1 力学相对性原理和伽利略变换 正变换 逆变换 速度变换与加速度变换 正 逆 两个都是惯性系 是恒量 在两个惯性系中 二.牛顿的相对性原理 Newton Principle of relativity ?在牛顿力学中 力与参考系无关 质量与运动无关 宏观低速物体的力学规律 在任何惯性系中形式相同 或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 或 牛顿力学规律是伽利略不变式 如：动量守恒定律 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 1、 Einstein 的相对性理论 是 Newton相对性理论的发展 一切物理规律 力学规律 二.讨论 2、光速不变与伽利略变换 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 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) 一.时空坐标 1.事件 2.时空坐标 3.同步钟 二.同时性的相对性 -- 光速不变原理的直接结果 以爱因斯坦火车为例 Einstein train