大学物理第6章相对论基础-1.ppt

1、2021/3/6,DUT 余 虹,1,大学物理助学,大连理工大学物理系,PHYH,余 虹,2021/3/6,DUT 余 虹,2,相对论基础,第6章,2021/3/6,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,2021/3/6,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

2、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,2021/3/6,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,2021/3/6,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,2021/3/6,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

3、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,2021/3/6,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,2021/3/6,DUT 余 虹,9,6.3 S.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

4、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,2021/3/6,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,2021/3/6,DUT 余 虹,11,二、洛伦兹变换,u,P,x,ut,x,正变换,反变换,2021/3/6,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 ut 先到A，后到B,2021/3/6,DUT 余 虹,13,二、时间膨胀,原

5、时：同一地点的钟所测得时间间隔,原时最短,2021/3/6,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,2021/3/6,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 =10 s,太小，不易察觉,2021/3/6,DUT 余 虹,16,S,S： 往返历时,S ： 往t1 返t2,静长最长,三、长度收缩,2021/3/6,

6、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,2021/3/6,DUT 余 虹,18,四、速度变换,P,S,S,讨论： vx vx 的关系,物体沿x方向运动,2021/3/6,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,2021/3/6,DUT 余 虹,20,例题 在地面测得两枚静长为20m 的火箭 A、B以 0.9 c 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AS系,静长L=20m，在相对速度为9.995c 的惯性系中长度,2021/3/6,DUT 余 虹,21,物体沿任