第六狭义相对论基础

第六狭义相对论基础第一页，共五十一页，编辑于2023年，星期一爱因斯坦:Einstein现代时空的创始人二十世纪的哥白尼第二页，共五十一页，编辑于2023年，星期一第六章狭义相对论基础

specialrelativity主要内容：狭义相对论的基本假设同时性的相对性洛仑兹变换式运动时钟变慢和长度缩短洛仑兹速度变换相对论性质量和动量相对论性能量相对论性力和加速度间关系第三页，共五十一页，编辑于2023年，星期一在两个惯性系中考察同一物理事件一.伽利略变换Galileantransformation设惯性系S和相对S运动的惯性系t时刻，物体到达P点§1力学相对性原理和伽利略变换第四页，共五十一页，编辑于2023年，星期一正变换逆变换第五页，共五十一页，编辑于2023年，星期一速度变换与加速度变换正逆两个都是惯性系是恒量第六页，共五十一页，编辑于2023年，星期一在两个惯性系中二.牛顿的相对性原理

NewtonPrincipleofrelativity在牛顿力学中力与参考系无关质量与运动无关第七页，共五十一页，编辑于2023年，星期一宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同或牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变或牛顿力学规律是伽利略不变式如：动量守恒定律第八页，共五十一页，编辑于2023年，星期一§2狭义相对论的基本假设一.伽利略变换的困难1)电磁场方程组不服从伽利略变换2)光速C迈克耳逊-莫雷的0结果3)高速运动的粒子第九页，共五十一页，编辑于2023年，星期一二.爱因斯坦的狭义相对论基本假设1.一切物理规律在任何惯性系中形式相同---相对性原理2.光在真空中的速度与发射体的运动状态无关

——光速不变原理

Einstein

的相对性理论是Newton理论的发展讨论一切物理规律力学规律第十页，共五十一页，编辑于2023年，星期一光速不变与伽利略变换与伽利略的速度相加原理针锋相对观念上的变革牛顿力学革命性时间标度长度标度质量的测量与参考系无关速度与参考系有关(相对性)狭义相对论力学长度时间质量与参考系有关光速不变(相对性)第十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期一§3同时性的相对性

relativityofsimultaneity一.时空坐标1.事件时空坐标2.同步钟synchronizedclocks二.同时性的相对性--光速不变原理的直接结果以爱因斯坦火车为例Einsteintrain第十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期一Einsteintrain地面参考系在火车上分别放置信号接收器发一光信号中点放置光信号发生器实验装置第十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期一研究的问题两事件发生的时间间隔发一光信号事件1接收到闪光事件2接收到闪光发出的闪光光速为同时接收到光信号？？事件1、事件2同时发生第十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期一事件1、事件2不同时发生事件1先发生处闪光光速也为系中的观察者又如何看呢？同时性的相对性是光速不变原理的直接结果相对效应当速度远远小于c时，两个惯性系结果相同随运动迎着光比早接收到光讨论第十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期一§４洛仑兹变换Lorentztransformation同时发出闪光经一段时间光传到P点一.洛仑兹变换的导出寻找重合两个参考系中相应的坐标值之间的关系第十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期一由光速不变原理：由发展的观点：狭义牛顿力学有<<情况下第十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期一由客观事实是确定的且空间均匀各向同性：与下面的任务是根据上述四式利用比较系数法确定系数的关系是第十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期一二.结果坐标变换式正变换第十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期一令则正变换逆变换第二十页，共五十一页，编辑于2023年，星期一正变换与时空坐标伽利略变换发展<<讨论第二十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期一变换无意义速度有极限由洛仑兹变换看同时性的相对性事件1事件2两事件同时发生？>第二十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期一若同时性的相对性时序因果关系已知第二十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期一§5时间膨胀长度缩短一.时间膨胀timedilation

运动时钟变慢考察一只钟在研究一个物理过程的时间间隔中在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔(同一只钟测量)，与另一系中，在两个地点的这两个事件的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。研究的问题是：如幽灵的寿命？第二十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期一1.原时Propertime两地时2.原时最短时间膨胀在某一参考系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔叫原时。考察中的一只钟两事件发生在同一地点两地时原时第二十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期一由洛仑兹逆变换原时最短<1第二十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期一运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征原时固有时双生子效应讨论第二十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期一二.长度收缩lengthcontraction对运动长度的测量问题怎么测？同时测1.原长棒静止时测得的它的长度也称静长棒静止在系中静长第二十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期一棒静止在系中静长棒以极高的速度相对S系运动S系测得棒的长度值是什么呢？事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端同时测的条件是必要的相应的时空坐标第二十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期一事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端2.原长最长由洛仑兹变换第三十页，共五十一页，编辑于2023年，星期一

相对效应

纵向效应

在低速下伽利略变换

同时性的相对性的直接结果讨论三.时空不变量空间间隔洛仑兹不变量第三十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期一§6相对论速度变换由洛仑兹坐标变换上面两式之比定义第三十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期一由洛仑兹变换知由上两式得同样得第三十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期一洛仑兹速度变换式逆变换正变换第三十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期一例：设想一飞船以0.80c的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体相对飞船速度为0.90c。问：从地面上看，物体速度多大？解：选飞船参考系为系地面参考系为系第三十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期一狭义相对论动力学基础高速运动时动力学概念如何？基本出发点：基本规律在洛仑兹变换下形式不变；低速时回到牛力第三十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期一§7相对论的质量和动量一.质量和动量1.力与动量状态量合理合理2.质量的表达猜想形式？持续作用持续但的上限是c随速率增大而增大要求第三十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期一实验证明讨论合理性特殊情况下，理论证明最终由实验证明(即将说明)由于空间的各向同性与速度方向无关<<相对论动量数据第三十八页，共五十一页，编辑于2023年，星期一二.狭义相对论运动方程由得两是联立得第三十九页，共五十一页，编辑于2023年，星期一讨论不仅取决于还取决于若与牛力形式相同惯性的量度但一般情况下不是惯性的量度第四十页，共五十一页，编辑于2023年，星期一例分析垂直进入均匀磁场中的带电粒子运动情况已知:磁感强度为>0分析：圆周运动实验验证与关系的理论基础1908年德国布歇勒做出了质量与速度的关系有力地支持了相对论第四十一页，共五十一页，编辑于2023年，星期一产生均匀磁场的线圈---镭源产生均匀电场的平行板电容器---感光底片实验物理学家是伟大的实验装置第四十二页，共五十一页，编辑于2023年，星期一§8相对论性能量一.相对论动能

动能定理应该是合理的设计质点从静止，通过力作功，使动能增加。由第四十三页，共五十一页，编辑于2023年，星期一讨论合理否？<<与经典动能形式完全不同若电子速度为第四十四页，共五十一页，编辑于2023年，星期一二.相对论能量运动时的能量静止时的能量除动能以外的能量讨论任何宏观静止的物体具有能量相对论质量是能量的量度第四十五页，共五十一页，编辑于2023年，星期一重要的实际应用孤立系统中即例太阳由于热核反应而辐射能量质量亏损第四十六页，共五十一页，编辑于2023年，星期一例两全同粒子以相同的速率相向运动，碰后复合求：复合粒子的速度和质量解：设复合粒子质量为M速度为碰撞过程，动量守恒由能量守恒>损失的能量转换成静能第四十七页，共五十一页，编辑于2023年，星期一三.相对论的动量能量关系式由两边平方得光子