相对论讲义一PPT课件

1、长度的量度和时间的量度都与参考系无关 ！？同样两点的距离或同样的前后两个事件之间的时间间隔无论在哪个惯性系中测量都是一样的，而且时间和空间是彼此独立、没有任何联系的。绝对的空间，就其本性而言，是与任何外界绝对的空间，就其本性而言，是与任何外界事物无关而永远相同和不动的。事物无关而永远相同和不动的。绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何外界事物无而且由于其本性而均匀地与任何外界事物无关地流逝着。关地流逝着。 牛顿牛顿第1页/共25页yxxozzyvtossP在两个惯性系中考察在两个惯性系中考察同一物理事件同一物理事件两个惯性系

2、：两个惯性系：ss 一物理事件：一物理事件： 质点到达质点到达 P 点点两个惯性系的描述分别为：两个惯性系的描述分别为：) , , , (tzyx) , , , (tzyx第2页/共25页yxxozzyvtossP两个描述的关系两个描述的关系称为称为变换变换, 0 tt坐标原点重合。ttzzyyvtxxttzzyyvtxx逆变换逆变换正变换正变换第3页/共25页伽利略变换中默认了绝对时空速度变换：速度变换：)()(vtxdtdvtxt ddt dxdzzyyxxuuuuvuuvuu第4页/共25页加速度变换：加速度变换：aa经典力学规律具有伽利略变换不变性：amFS ：amFS ：不同惯性系描

3、写同一质点的加速度相同。vuu第5页/共25页因果律问题事件事件 1 ：举枪瞄准：举枪瞄准 事件事件 2 发生发生 在在 0.2 s 后：后： 子弹出膛子弹出膛 速度速度 0.5c 人在人在 45 万公里远处观察：万公里远处观察： 事件事件 2 比比 事件事件 1 早早 0.3 s 发生发生 ！？！？第6页/共25页第7页/共25页 机械波的传播需要媒质，当时物理学家们认为光波的传播也需要一种媒质-以太。迈克尔逊为证明以太的存在-迈克尔逊 莫雷实验2G1G2M1M第8页/共25页若以太存在，以太中光速一定，但地球在以太中运动，对地球上的观察者来说，不同方向的光速应不同，实验中两束光的传播应有时

4、间差。实验结果是否定的！0 ！地球相于与以太的速度为零 ？不可思议！以太是多余的！光线不服从经典的速度合成律，光速不变！“我的实验竟然对相对论这个怪物的诞生起了我的实验竟然对相对论这个怪物的诞生起了作用，我对此感到十分遗憾。作用，我对此感到十分遗憾。”第9页/共25页光线不服从经典的速度合成律,光速不变！结论：. .以太不存在，光的传播不需任何媒质，可在 真空中传播，以太不能作绝对参照系。 . .地球上各方向光速相同，与地球运动状态无关。cu设光源固定在地上，在地上测得光速为c,在匀速直线运动的小车上测得光速也是c！第10页/共25页实验结果说明，在所有惯性系中，真空中的光速恒为c ，伽利略变

5、换以及导致伽利略变换的牛顿绝对时空观有问题，必须寻找新的变换，建立新的时空观。1. 狭义相对性原理：狭义相对性原理：一切物理定律在所有的惯性系中具有相同的数学形式。一切物理定律在所有的惯性系中具有相同的数学形式。 2. 光速不变原理：在所有的惯性系中, ,真空中的光速恒为c ， 与光源或观察者的运动无关。第11页/共25页说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 .和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中同时发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另一惯性系中观察，并不一定是同时发生的 .长度的测量是和同时性概念密切相关.第12页/共25页洛伦兹变换洛伦兹变换yxxozzyvtossP在两个惯

6、性系中考察在两个惯性系中考察同一物理事件同一物理事件两个惯性系：两个惯性系：ss 一物理事件：一物理事件： 质点到达质点到达 P 点点两个惯性系的描述分别为：两个惯性系的描述分别为：) , , , (tzyx) , , , (tzyx, 0 tt坐标原点重合。第13页/共25页22222/1 /1cvcvxttzzyycvvtxx22222/1 /1cvcxvttzzyycvt vxx第14页/共25页* 当速度远远小于当速度远远小于c 时，过渡到伽利略变换。时，过渡到伽利略变换。* 两参考系的相对速度不可能等于或大于光速。两参考系的相对速度不可能等于或大于光速。* 时间坐标与空间坐标相关连。

7、时间坐标与空间坐标相关连。* 物理定律应在洛伦兹变换下保持不变。物理定律应在洛伦兹变换下保持不变。第15页/共25页洛伦兹变换反映了相对论的时空观洛伦兹变换反映了相对论的时空观S 系中两个事件：) , 0 , 0 , ( 11txA) , 0 , 0 , ( 22txBS系：221221212/1cvxxcvtttt不同地点但同时的两个事件在另一系中不同时。同一地点、同时的两个事件在另一系中也同时。同地点但不同时的两个事件在另一系中不同时。) , 0 , 0 , ( 11txA) , 0 , 0 , ( 22txB第16页/共25页22121212/1 cvttvxxxx /1220cvt01

8、212ttxx221212/1cvxxxx在 S 系中测量 系中的棒长，应：12 tt S220/1cvll第17页/共25页在惯性系 S 中，有两事件同时发生在 x 轴上相距1.0 103 m 处，从 S观察到这两事件相距 2.0 103 m 。试问在 S系测得此两事件的时间间隔为多少？21111cvvtxx22221cvvtxx212212121211)()(cvxxcvttvxxxx12tt 2331100 . 1100 . 2cvcv23第18页/共25页212212121)()(cvxxcvtttt)(1)(122212212xxcvcvxxcvtts1077. 5m1022363c

9、第19页/共25页例2、一长为1m 的棒，相对于S 系静止并与 x 轴夹 = 45 。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 ）23cv 22yxlll)(79. 0cos1222mcvlss第20页/共25页21cossin22cvlllltgxy2763第21页/共25页例3. .一固有长度为 L0= =90 m的飞船，沿船长方向相对地球以 v = =0.80 c 的速度在一观测站的上空飞过，该站测的飞船长度及船身通过观测站的时间间隔各是多少？船中宇航员测前述时间间隔又是多少？解：观测站测船身长)m(54)s(1025.2/7vLt通过时间cvLL/1200Lv通过是观测站以该过程对宇航员而言，vLt/0)s(1075.37第22页/共25页例4. .宇宙飞船相对于地面以速度 v 作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过 t （飞船上的钟）时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为：tc)A(tv)B(2/1)C(cvtc2/1 )D(cvtc A 第23页/共25页例5 5： 边长为a a的正方形薄板静止于惯性系S的xoyxoy平面内，且两边分别与x x、y y轴平行，今有惯性系S以0.8c0.8c的速度相对于S系沿x x轴作匀速直线运动，则从S系测得的薄