第七章狭义相对论基础

Chapter7SpecialRelativity,1,SpecialRelativityChapter7,Chapter7SpecialRelativity,2,Chapter7SpecialRelativity,7.1Background经典力学的困难,7.2TheEinsteinPostulates,7.5RelativityDynamics,7.4RelativityofSpace,TimeandSimultaneity,7.3TheLorentzTransformation,Chapter7SpecialRelativity,3,7-1Background（经典力学的困难）,一、麦克斯韦方程建立引起的问题,光是什么？,18世纪,光是粒子,19世纪,光是电磁波,1865年麦克斯韦在“哲学报告”上发表“电磁场的动力学理论”,20世纪,光具有波粒二相性,真空中光速：2.9979394108m/s光在以太中传播,Chapter7SpecialRelativity,4,物理量,某种操作如坐标变换,Invariance,Symmetryisattheheartofmodernphysics,力学定律,GalileanTransformation,Invariance,麦克斯韦方程组,GalileanTransformation,不具备伽利略变换的不变性,力学或伽利略相对性原理,SYMMETRYINPHYSICS,Chapter7SpecialRelativity,5,IsanEtherNecessary？,是麦克斯韦方程不满足相对性原理？,还是需要引入另一种变换？,Galileanrelativity,Doesspeeddependonwavelength,motionofsourceorframe？,Chapter7SpecialRelativity,6,二、TheMichelson-MorleyExperiment,FizeauExperiment(1851)（A.H.L.Fizeau,1819-1896),设曳引系数k,考虑v,TimeDilation,由洛仑兹变换看时间膨胀,Chapter7SpecialRelativity,33,TimeDilation,TheTwinParadox,Chapter7SpecialRelativity,34,Cosmic-Rays,afewminutesinthelaboratorylastingformorethan20minutesormore.,Chapter7SpecialRelativity,35,子的运动,如果v=0.99c,TimeDilation,以地面为参考系,以子为参考系,Chapter7SpecialRelativity,36,d与d的关系如何？,LengthContraction,7.4.3RelativityofLength,Chapter7SpecialRelativity,37,事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端,由洛仑兹变换,由洛仑兹变换看长度收缩,S,S,Properlength,Chapter7SpecialRelativity,38,LengthContraction,Properlength,Chapter7SpecialRelativity,39,LengthContraction,Chapter7SpecialRelativity,40,LengthContractionEffect,10%thespeedoflight,86.5%thespeedoflight,99%thespeedoflight,99.99%thespeedoflight,例：“洞中方七日，世上已千年”，如果洞中指飞船，世上指地球，求飞船相对地球的速度？,设所求速度为v，则根据时间膨胀公式,得,非常接近光速,解：,例：,?,地面参考系：,=12时，,12时38.4秒，,Chapter7SpecialRelativity,43,解：,例、一长为1米的棒，相对于S系静止并与x轴夹=45角。问：在S系的观察者来看，此棒的长度以及它与x轴的夹角为多少？（已知）,Chapter7SpecialRelativity,44,例1、在惯性系S中，有两事件同时发生在xx轴上相距1.0103m处，从S观察到这两事件相距2.0103m。试问由S系测得此两事件的时间间隔为多少？,解：,Chapter7SpecialRelativity,45,Chapter7SpecialRelativity,46,例2、两只完全相同的飞船A和B相向飞行，在A中的观察者测得B接近于它的速度为0.8c，则B中观察者测得A接近于它的速度为多少？在两飞船的质心处的观察者测得每一飞船趋近于质心的速率是多少？,解：,C,A，B趋近于质心的速率是:u,A相对质心速率:vx=u,A相对B速率:vx=v=0.8c,B相对质心速率：-u,Chapter7SpecialRelativity,47,Letx=u/c,Chapter7SpecialRelativity,48,例、静系中子的平均寿命为=2.210-6秒。据报导，在一组高能物理实验中，当它的速度为v=0.9966C时通过的平均距离为8km。试说明这一现象。,解：,按经典力学,按相对论力学,Chapter7SpecialRelativity,49,7-5RelativityDynamics,7.5.1RelativisticMass,设：两完全相同的小球A和B，质量均为m,S系动量守恒：,Chapter7SpecialRelativity,50,S系动量守恒吗？,Ifm=m0,then,Momentumisnotconservation!,Chapter7SpecialRelativity,51,Chapter7SpecialRelativity,52,1.v,损失的动能转换成静能,Chapter7SpecialRelativity,62,计算核聚变中释放出的能量：,氘核=质子+中子,氘核质量：,质子质量：,中子质量：,Chapter7SpecialRelativity,63,2克氘核（1摩尔）：6.0221023个氘核,释放能量：,Chapter7SpecialRelativity,64,例、一个中性介子相对于观察者以速度v=kC运动，以后衰变为两个光子，两光子的运动轨迹与介子原来的方向成相等的角度。试证明（1）两光子有相等的能量。（2）cos=k。,证：,动量守恒