大学物理课件-相对论.pptVIP

三、同时性的相对性 * 第一节 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 宏观低速运动的物体，其力学规律在任何惯性系中形式相同。 一、力学（牛顿）相对性原理： （或：在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的。） O与O’重合时， t t’ z z’ y y’ ut x x’ =  =  =  - = 二、伽利略变换： P ( x , y , z , t ) ( x’ , y’ , z’ , t’) u z’ u t z S 正变换： 逆变换： t ’ t z ’ z y ’ y ut x’+ x =  =  =  = 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。 如：动量守恒定律 速度变换: 三、经典力学时空观 时间是绝对的； 空间是绝对的。 （绝对时空观） 例：有一条河，宽为L，河水对河岸的流速为 u，今有两条同样的船A和B，分别沿图示路线往返一次，已知船A和B对流动河水的速率都为v，求船A和B沿图示路线往返一次各需多少时间。比较它们的大小。 L A u L B A 实验预计：能观测到0.37条的条纹移动。 实际结果：没有观测到条纹移动。即迈克尔逊－莫雷实验零结果。 四、迈克尔逊－莫雷实验（1887年） b a 1 M 2 M P PM1=PM2 900 第二节 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 一、狭义相对论两个基本假设： 1、相对性原理：物理学定律在任何惯性系中都是相同的。 2、光速不变原理：在所有惯性系中，测得光在真空中的速率都是 C（3×108m/s） 。（光在真空中的速度与发射体及观察者的运动状态无关）。 绝对静止的参照系是不存在的。 伽利略变换已不适用于光学现象。 ( x y z t ) (x’ y’ z’ t’ ) 二、洛仑兹变换 逆变换： 正变换： 讨论： 回到伽利略变换 2. 光速是自然界的极限速度 若不是实物，而是一种形态的传播速度，那是可以超过光速的。 从斯坦福大学两英里长的直线加速器出来的电子速率达0.999975 c 1. 时 三、洛仑兹速度变换式 例：一光子在S’ 系中以C运动，则在S系中 即满足光速不变原理 c c u c u c c uc 1 u c v 2 x = + + = + + = 一、长度收缩（尺缩效应） x x′ A B 第三节 狭义相对论时空观 注意：1. L0 为相对于被测物静止的惯性系测得的物长，叫固有长度。 即沿运动方向，物体的长度要收缩。 2. L为相对于被测物运动的惯性系测得的 物长，叫运动长度。 3. 测量运动物体的长度，必须对其两端的坐标同时进行测量。 例：立方体边长为 a ，则体积为 a3 ，若该立方体沿一边长方向以高速 u 运动，则体积为多大？ 4. 垂直于运动方向，物体的长度不变。 相对论笑话 在S’系：x’处固定有一只钟，测得该处两个事件（发射、接收光信号）发生的时间分别为t1’、t2’。 在S系：观察者测得两个事件（发射、接收光信号）发生的时间分别为t1、t2。 由： 二、时间延缓（动钟变慢） 运动的钟走得慢。 地面上的观察者 火车上的观察者 1、?0 是相对于事件发生点静止 的惯性系测得的时间，叫固有时间。 2、? 是相对于事件发生点运动 的惯性系测得的时间，叫运动时间。 3、时间膨胀公式适用条件：必须是在某一惯性系中同一地点先后发生了两个事件。 注意： 1、在相对于事件发生点静止的惯性系中，观察两个事件的 时间间隔 最短。 2、时钟变慢是相对论的时空效应，并非机械故障。不能说明哪个时钟是正确的或错误的。 3、uc 时，?≈?0 ，日常生活中观察不出这种效应，并非没有此效应。 说明： 1966---1967年欧洲原子核研究中心（CERN）对?粒子进行了研究。?粒子是一种基本粒子，在静止参考系中测得的寿命为?0=2.2?10-6秒. 1)依牛顿定律：寿命不变 2)依相对论：当粒子加速至0.9966C时，寿命为： 故漂移的距离为: 与实验情况吻合得很好! 利用粒子的衰变可以检验时间膨胀效应： 当其加速到v=0.9966C时,它漂移了八公里. 故漂移距离为： 例1：一飞船以u=9×103m/s的速率相对于地面匀速飞行。飞船上的钟走了5s, 地面上的钟经过了多少时间？ 思路：飞船上的钟走了5s（固有时间τ0 ），地面上的钟经过的时间（运动时间τ）要慢一些。 2 2 1 c u τ0 τ - = 每个人都注意到：相对于自己运动的钟走得慢。 例2：半人马星座α星是距太阳最近的恒星，它距地球 ,设有一宇宙飞船自地球飞到该星，飞船对地速度u=0.999c，地球上的