第7讲狭义相对论1.ppt

1 爱因斯坦 Einstein现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼 2 第7讲狭义相对论 1力学相对性原理和伽利略变换 2狭义相对论的基本原理 3洛仑兹变换 4时间膨胀长度缩短 5相对论速度变换 6相对论的能量 7相对论动量能量变换 3 主要内容 牛顿的时空观爱因斯坦的时空观爱因斯坦的狭义相对论 牛顿的相对性原理 伽利略变换 相对性原理 光速不变原理 洛仑兹变换 运动学效应 时间膨胀长度收缩 本章 将对运动与时空有一崭新的认识 4 对相对性已有的认识 运动描述与参考系有关 运动规律与参考系无关 对牛顿力学的认识 牛顿定律 适用于惯性系 以上两点说明 牛顿定律有局限性局限来源于对时空的认识 5 相对性问题的核心是 物理规律是客观存在的 与参考系无关 即参考系平权 没有特殊的参考系 归根结底是 认识论方法论的问题 教育人们要脱离自我 客观地看问题 6 学习本章的正确态度1 超越自我认识的局限2 自觉摆脱经验的束缚 以事实为依据 牛顿的相对性原理狭义相对性原理广义相对性原理 适用范围惯性系宏观低速惯性系所有参考系 7 明确本讲研究的问题 在两个惯性系中考察同一物理事件 通常 实验室参考系定为S系运动参考系定为S 系 8 相对论问题包括两个方面 1 物理规律与参考系无关 相对性原理2 在两个参考系中对同一事件的描述形式不同 之间存在一个变换关系 变换式变换式与相应的相对性原理相对应 牛顿力学的相对性原理对应伽利略变换 狭义相对性原理对应洛仑兹变换 在基本观点明确的前提下 重要的是变换式 9 1力学 牛顿 相对性原理和伽利略变换一 伽利略变换二 牛顿的相对性原理 10 在两个惯性系中考察同一物理事件 一 伽利略变换设惯性系S和相对S运动的惯性系S t时刻物体到达P点 11 正变换 逆变换 12 速度变换与加速度变换 正 逆 用S系的时间求导 牛顿时空 时间量度与参考系无关 即 13 速度变换 加速度变换 惯性系 14 在两个惯性系中 二 牛顿的相对性原理 在牛顿力学中力与参考系无关 质量与运动无关 15 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 以两质点碰撞为例 动量守恒定律在伽利略变换下形式不变 16 2狭义相对论的基本原理一 伽利略变换的困难二 爱因斯坦的狭义相对论基本假设三 同时性的相对性 17 一 伽利略变换的困难1 电磁场方程组不服从伽利略变换2 高速运动的粒子3 光速C迈克耳逊 莫雷的0结果 18 二 爱因斯坦的狭义相对论基本假设 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理论的发展 大小 19 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 狭义相对论力学 20 2 同步钟synchronizedclocks物理过程的时间间隔 在确定的参考系中存在一系列的同步钟 三 同时性的相对性1 事件时空坐标事件 研究的物理现象时空坐标 确定事件位置的坐标 空间时间 t是坐标x y z处的时钟测出的 当地钟测当地时 时空坐标 21 3 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Einsteintrain说明 22 在火车上 分别放置信号接收器 中点 放置光信号发生器 23 研究的问题两事件发生的时间间隔 某时M 发一光信号 事件1 接收到闪光 事件2 接收到闪光 M 发出的闪光 光速为 A B 同时接收到光信号 事件1 事件2同时发生 24 事件1 事件2不同时发生 事件1先发生 S系中的观察者又如何看呢 1 同时性的相对性是光速不变原理的直接结果 2 相对效应 A B 随S 运动 A 迎着光 比B 早接收到光 25 事件1 事件2不同时发生 事件2先发生 3 当速度远远小于c时 两个惯性系得到相同结果 相对效应 如果装置固定在S系中事件1A接收到信号事件2B接收到信号S系中 两事件同时发生但 S 系认为 26 此时 从O点发一闪光 经一段时间光传到P点 3洛仑兹变换 重合 27 二 洛仑兹变换坐标变换式 28 令 则 正变换 逆变换 29 1 与 时空坐标 2 30 变换无意义 速度有极限实际信号传递速度都不可能超过光速 31 4 由洛仑兹变换看同时性的相对性解题的一般思路 事件1 事件2 两事件同时发生 32 若 说明了同时性的相对性 从上述式子 可产生一个疑问 时序与因果关系 已