狭义相对论PPT课件

爱因斯坦于1879年3月14日出生在德国一个犹太人家庭。1933年因纳粹迫害，他迁居美国。1955年4月18日病逝于普林斯顿。1905年，爱因斯坦在狭义相对论、光电效应和布朗运动三个不同领域里取得了重大成果，表现出惊人的才智。1921年获诺贝尔物理奖,相对论由爱因斯坦创立，它包括了两大部分：,狭义相对论(SpecialRelativity)研究：惯性系中的物理规律；惯性系间物理规律的变换。揭示：时间、空间和运动的关系。,广义相对论(GeneralRelativity)研究：非惯性系中的物理规律及其变换。揭示：时间、空间和物质分布的关系。,狭义相对论基础,伽利略变换与力学相对性原理,伽变换蕴含绝对时空观：时间测量、空间测量与参考系的运动无关，时间和空间也不相联系,1、伽利略变换,2、力学相对性原理-力学规律在一切惯性系中都有相同的形式,时空变换,速度变换,加速度变换,或,（正变换）（逆变换）,洛仑兹变换和爱因斯坦相对性原理,19世纪下半叶，由麦克斯韦电磁场方程组得知：电磁波（包括光）在真空中各方向速率都为c。在任何惯性系中光速都是各向为c，显然与反应经典时空观的伽利略变换相互矛盾,一、历史背景,视频00：06：46,1.物理规律对所有惯性系都是一样的。,2.任何惯性系中，真空中光的速率都为c。,光速不变原理,光速不变原理与伽利略变换是彼此矛盾的，学习相对论就必须抛弃伽利略变换，也就是必须抛弃绝对的时空观。,爱因斯坦相对性原理,二、爱因斯坦的两条基本假设,洛仑兹变换：新的时空变换，必须满足:1、爱因斯坦的两个假设2、新的变换式在uc,变换式失去意义，光速是一切物体运动速率的极限,2、uc退化为伽利略变换,由洛仑兹变换可知，高速问题,二、时间间隔和空间间隔,由,可得，两个物理事件在不同惯性系中的时间间隔和空间间隔之间的变换式,洛仑兹变换,三、相对论速度变换,由,洛仑兹变换,可得,有一速度为U的宇宙飞船沿x轴正方向飞行，飞船头尾各有一个脉冲光源在工作，处于船尾的观察者测得船头光源发出的光脉冲的传播速度为_;处于船头的观察者测得船尾光源发出的光脉冲的传播速度大小为_,例一、假定一粒子在xy平面内以c/4的恒定速度相对惯性参考系S运动,它的轨道与x轴成600角.如果S系沿x(x)轴相对于惯性参考系S的运动速度是0.8c,试求在S系中所确定的粒子运动学方程.(设t=0时粒子位于原点),例二、地面上测得高能粒子由出发点甲处沿直线到达相距100米的乙点处经历的时间10微秒。问：如果从一个与粒子运动方向相同的假想的速率为u=0.6c的宇宙飞船中观测，粒子由甲到乙走过的路程、时间间隔和速率各为多少,例三、飞船以c/2的速度从地球发射，在飞行中飞船又以相对自己为2c/3的速度向前发射一枚火箭。地球上的观察者测得火箭的速度为A、7c/8B、7c/6C、c/8D、c,洛仑兹变换蕴含的时空观,同时的相对性,长度收缩,时间膨胀（钟慢）,一、同时的相对性,1、异地同时,s系中异地的两件事情同时发生,两事件和，在s，s系中坐标为,两异地事件的同时性是相对的,2、同地同时,两同地事件的同时性是绝对的,由洛仑兹变换得,s系中同地的两件事情同时发生,S系中,S系中,发生两件事的先后次序,两无关的独立事件,次序是相对的,两有因果关系的关联事件,次序是绝对的,在一惯性系中观测，两个事件同时不同地，则在其他惯性系中的观测，它们（）A、一定同时B、可能同时C、不可能同地，但可能同时D、不可能同时、也不可能同地,坐在作匀速直线运动（可与光速比较）的公共汽车上的售票员观察到车的前，后门是同时关上的。地面上的观察者观察到的是A、同时关上B、前门先于后门关上C、后门先于前门关上D、不能确定,一根杆的长度=它两个端点的坐标值之差,静长（固有长度）:静止的杆长度的测量（两端可以不同时测）,动长:运动的杆长度的测量（两端必须同时测！）,二、长度收缩,一根棒AB静止地放在S系，固定在x轴上。,设在S系测得长度为l0(静长）。,在S系中来测此棒的长度为l（动长）：,结论：杆的动长总是小于静长,这称为运动长度收缩效应。(沿运动方向收缩),由洛仑兹变换,观察者为测量相对自己运动的物体的长度而测量物体两端坐标，对该观察者而言，测量两端坐标这两个事件应是_时（同时或不同时）_地(同地或异地)事件，他测得的物体沿运动方向的长度_（大于等于或小于）该物体沿该方向的静止长度,一宇航员要到离地球为10光年的星球去旅行，如果宇航员希望把这路程缩短为8光年，则他所乘的火箭相对于地球的速度应该是A、c/2B、3c/5C、4c/5D、9c/10,长为4m的杆静止在S系中oxy平面内，并与x轴成300角，S1系相对S系以速度u=0.5c沿x轴正方向匀速运动，t=t1=0时，两座标系的原点重合，求S1系中观察者测得此杆的长度和它与x1轴的夹角,三、时间膨胀（钟慢）,两事件和，在s，s系中时空坐标为,S系中，这两个事情发生在同一地点,同一地点的一个钟测得的两个事件的时间间隔，称为“原时（原地时）”，也称为固有时。用表示,不同地点的两个钟测得两个事件的时间间隔称为“两地时(膨胀时)”。用表示,显然，称为时间膨胀效应，也称钟慢效应（运动的时钟变慢）,如果我们说，在一个惯性系中测得某两个事件的时间间隔是它们的固有时间，这就意味着，在该惯性系中观测，这两个事件发生在_(相同或不同)地点；若在其它惯性系中观测，它们发生在_(相同或不同)地点，时间间隔_（大于等于或小于）固有时间,高能物理中,有一种叫做子的粒子,是一种不稳定粒子,在静止参考系中,它们平均经过210-6s(其固有寿命)就衰变为电子和中微子.宇宙线在大气上层产生的子速度极大,可达u=2.994108m/s=0.998c.如果没有钟慢效应,他们从产生到衰变的一段时间里平均走过的距离只有(2.994108m/s)(210-6s)600m,这样子就不可能达到地面的实验室.但实际上它可穿透大气9000多米.,狭义相对论质点动力学,理解相对论中的动量、质量、能量,一、相对论中的质量（relativisticmass）,由动量质量守恒结合Lorentz变换分析得,当vc时，结论回到经典力学,保留动量定义,保留动量定理,当vc时，结论回到经典力学,二、相对论中的动量（relativisticmomentum）,vc时：,注意：,三、相对论中的能量（relativisticenergy）,先来看动能，相对论中仍然保留动能定理。,E0=m0c2静止能量（restenergy）,相对论总能（totalenergy）,这里的质量是相对论质量，而非静止质量。,相对论统一了质量和能量守恒。,质能关系,爱因斯坦认为：,动能（kineticenergy）,质