大学物理相对论PPT课件.ppt

.,1,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。）,.,2,O与O重合时，,二、伽利略变换：,正变换：,逆变换：,.,3,牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。,如：动量守恒定律,.,4,三、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。,.,5,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）,.,6,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（3108m/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。,(xyzt),(xyzt),二、洛仑兹变换,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0.999975c,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,一、长度收缩（尺缩效应）,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,.,13,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）,.,14,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：,.,15,1、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：,.,16,1966-1967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=2.210-6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：,.,17,例1：一飞船以u=9103m/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0），地面上的钟经过的时间（运动时间）要慢一些。,每个人都注意到：相对于自己运动的钟走得慢。,.,18,例2：半人马星座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，地球上的钟测得多少年？若以飞船上的钟计算，又为多少年？,解：1）以地球上的钟计算：,（运动时间）,.,19,2）解一：以飞船上的钟计算：,说明,此题与实际不符，全球的能量供给飞船，也不可能达到0.999c。,飞船若以20km/s飞行，需要6.8万年。,（固有时间）,.,20,x1,x2,u,爱因斯坦火车以匀速u通过车站（S系），,S系：两闪电同时（t1=t2)击中车尾(x1)和车头(x2),问：S系（火车）：,两闪电是否同时击中车尾和车头？,三、同时性的相对性,.,21,根据洛仑兹变换：,可见，在S系（火车）上观察，击中车头的闪电，比击中车尾的闪电要早些。,即：同时性是相对于某一惯性系而言的，是相对的。,.,22,爱因斯坦火车：A班,在S系中的观察者看来，A和B同时接收到光信号.,ctA,ctB,即：在S系中的观察者看来，A比B先接收到光信号。,.,23,2、在一个惯性系中不同时，也不同地发生的两件事，在另一惯性系中倒有可能同时发生。,1、在一个惯性系中同时不同地发生的两事件，在别的惯性系中就不同时发生。,3、同时同地发生的两事件，在所有惯性系中都同时同地发生。,讨论：,.,24,一、动量、质量和速度的关系,1、动质量公式：,第四节狭义相对论动力学,1908年，玻歇勒在测定电子荷质比e/m时，发现高速运动的电子的荷质比比慢电子的荷质比小，从而第一次证实了质速关系。,2、动量公式：,.,25,天平秤理想实验：,站在地面上的人看，,与左臂相连的人看，,设右臂相对于左臂运动的速度为u，,则与左臂相连的人测得右臂的长度为：,两边平衡。,两边也应平衡。,.,26,（4）静质量不为零的物体，其速度必小于C（如多级火箭）；以光速运动的粒子（如光子、中微子等），它们的静质量必须为零！,可认为质量与速度无关，等于其静质量。,（3）uc，mm0,（1）m：动质量，m0：静质量。,讨论：,（2）u：物体相对于某一参照系的速度。,（5）在相对论情况下，牛顿第二定律的原始形式：,运动物体在恒力作用下，没有恒定的加速度。,.,27,二、质量和能量的关系,由动能定理，物体的动能就是使物体从静止开始运动到速度为v时，合外力所作的功.,.,28,一个孤立的物质系统其内部发生的过程总能量守恒，这意味着其总质量（相对论质量）也守恒。,核反应中系统的总能量守恒,总质量也守恒。,在粒子碰撞过程中,系统的动量守恒，总质量守恒。,例：1kg水由0被加热到100，,总能E,静能E0,.,29,如核反应中：,反应前：,反应后：,静质量m01总动能EK1,静质量m02总动能EK2,能量守恒：,因此：,核反应中释放的能量,相应于一定的静质量亏损。,（适用核反应）,.,30,解：质量亏损为：,相应释放的能量为：,1kg这种核燃料所释放的能量为：,这相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的1千多万