大学物理第6章相对论基础.ppt

2020 3 26 DUT余虹 1 大学物理助学 大连理工大学物理系 PHYH 余虹 2020 3 26 DUT余虹 2 相对论基础 第6章 2020 3 26 DUT余虹 3 6 1牛顿相对性原理和伽利略变换 对于不同的惯性系基本力学定律的形式一样吗 牛顿力学 对于任何惯性系 牛顿定律都成立 伽利略相对性原理 在一切惯性系中力学定律形式相同 2020 3 26 DUT余虹 4 牛顿的绝对时空观认为一样 那么 如何区别 普通时间 与绝对时间 如何从诸多的惯性系中找到 绝对参照系 牛顿说 人类无能为力 只有上帝知道 绝对时空不能观测 也不能用任何实验证明 但是 它在理解牛顿定律中所起的巨大作用 迫使牛顿引进这一概念 这是牛顿天才的一个标志 相对不同的参照系 长度和时间的测量结果都一样吗 2020 3 26 DUT余虹 5 伽利略变换 变换 不同参照系对同一运动的描述之间的数学对应关系 在两个惯性系中考察同一物理事件 t时刻 物体到达P点 约定 重合时 任意时刻 2020 3 26 DUT余虹 6 伽利略变换 牛顿力学规律 包括动量守恒定律 机械能守恒定律等 在伽利略变换下形式不变 协变 对称 2020 3 26 DUT余虹 7 6 2光速 一 迈克耳孙 莫雷实验 绝对参考系中光速各向同性 c 沿运动方向 垂直运动方向 理论计算 实验装置旋转90o 干涉条纹将有3 4条纹宽度的移动 应当能观察到 但是 没有 零 的结果 2020 3 26 DUT余虹 8 2 Maxwell方程组对伽利略变换非协变 通过电磁实验可以找到 绝对参照系 但是实验一直没有找到 伽利略变换 以u速度运动光源发出的光速不再是c 1 19世纪成熟的电磁理论表明真空中光速c是常量 二 伽利略变换的困难 球先动 手后击 增大L可能实现 静止球上光信号传到乙处 被击后球上光信号传到乙处 甲 乙 2020 3 26 DUT余虹 9 6 3S R 基本假设和洛伦兹变换 1 S R 相对性原理 在一切惯性系中物理定律形式相同 2 光速不变原理 真空中的光速c与光源的运动状态无关 S R 不同的观察者看来 空间 时间必定不一样 运动的钟变慢 运动的尺变短 质量随速度而变化 能量的释放带走了质量 经典力学定律必须修改 1905 一 S R 基本假设 2020 3 26 DUT余虹 10 经典 与参考系无关 S R 与参考系有关 比较 时空观的革命 2020 3 26 DUT余虹 11 二 洛伦兹变换 u P x ut x 正变换 反变换 2020 3 26 DUT余虹 12 在S系测 光信号到达A B的事件同时发生 在S 系测 光信号传播过程中 车又往前开了u t 先到A 后到B 2020 3 26 DUT余虹 13 二 时间膨胀 原时 同一地点的钟所测得时间间隔 原时最短 2020 3 26 DUT余虹 14 例题 介子静止时平均寿命 衰变为子与中微子 用高能加速器把 介子加速到求 介子平均一生最长行程 解 按经典理论 实验室测得 相对论考虑时间膨胀 为原时 最短 实验室测得运动的 介子平均寿命 算得 2020 3 26 DUT余虹 15 例题 列车以108公里的时速相对地面作匀速运动 地面一事件历时10s 在车上参照系测得此事件历时多久 解 原时 t 10s 太小 不易察觉 2020 3 26 DUT余虹 16 S S 往返历时 S 往 t 1返 t 2 静长最长 三 长度收缩 2020 3 26 DUT余虹 17 S S 静止在S系的几何图形 在S 系中讨论其形状 2020 3 26 DUT余虹 18 四 速度变换 P S S 讨论 vxv x的关系 物体沿x方向运动 2020 3 26 DUT余虹 19 例题 在S 系测得光信号速度为c 求在相对S 沿x方向以u匀速运动的S系测得光信号的速度 光信号 S vx S vx c 不管u多大 在S系中测得光速仍然是c 追赶光是徒劳的 c是一切物质运动的极限速率 2020 3 26 DUT余虹 20 例题在地面测得两枚静长为20m的火箭A B以0 9c的速度背向飞行 求 在火箭A上测量火箭B的速度和长度 解 设地球 S系A S 系 静长L 20m 在相对速度为9 995c的惯性系中长度 2020 3 26 DUT余虹 21 物体