大学物理 伽利略变换

第14章狭义相对论力学基础14.1力学相对性原理伽利略坐标变换式14.2狭义相对论的两个基本假设14.3狭义相对论的时空观14.4洛伦兹变换14.5狭义相对论质点动力学简介爱因斯坦(Einstein)1一

了解狭义相对论的两条基本原理，了解洛伦兹变换.14-0教学基本要求二理解同时相对性、时间膨胀及长度收缩效应三掌握质速关系及狭义相对论的基本方程；掌握动量与能量,质量与能量的关系2物体运动的轨迹依赖于观察者所处的参考系相对运动14-1力学相对性原理伽利略变换3*4*速度变换公式5加速度变换

在两相互作匀速直线运动的惯性系中,物体运动所遵循的力学规律具有相同的形式.---力学的相对性原理*6v车运动还是静止？7二绝对时空观绝对空间:空间与运动无关,空间绝对静止.空间的度量与惯性系无关,绝对不变．绝对时间:时间均匀流逝,与物质运动无关,所有惯性系有统一的时间.8牛顿的绝对时空观牛顿力学的相对性原理注意牛顿力学的相对性原理,宏观、低速的范围内,是与实验结果相一致的.但在高速运动情况下则不适用.

9伽利略变换的局限性L

设球速为u，投球手与接球手距离为L。如果光速满足叠加原理，试分析接球手会看到什么情况。解：相对接球手，球发出的光速为u+c，投球手发出的光速为c。球发出的光到达接球手眼中需要的时间为：光速满足叠加原理导致的一个因果颠倒的佯谬。10投球手投球动作发出的光到达旁观者眼中需要的时间为：显然有：表示接球手先看到球而后看到投球手投球的动作--------因果颠倒！其根本原因是我们认为所有的速度都满足伽里略速度叠加原理。11“以太”参考系是绝对静止系设“以太”参考系为系实验室为系GM1M2T迈克耳孙-莫雷实验结论：作为绝对参考系的以太不存在.12爱因斯坦

20世纪最伟大的物理学家之一,1905年、1915年先后创立狭义和广义相对论,1905年提出了光量子假设,1921年获得诺贝尔物理学奖,

还在量子理论、分子运动论方面有重要贡献.（1879-1955）14-2狭义相对论的基本假设13真空中的光速是常量，沿各个方向都等于c

，与光源或观测者的运动状态无关.1

相对性原理

物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式.2

光速不变原理一狭义相对论的基本假设14-2狭义相对论的基本假设14洛伦兹变换式符合相对论理论的时空变换关系．设时，重合;事件P的时空坐标如图所示.*14.4洛伦兹变换151洛伦兹坐标变换式16正变换逆变换注意时,转换为伽利略变换式.172洛伦兹速度变换式正变换18逆变换19讨论光速不变如在S系中沿x方向发射一光信号,在S′系中观察:

光速在任何惯性系中均为同一常量，利用它可将时间测量与距离测量联系起来.END20一同时的相对性事件1:车厢后壁接收器接收到光信号.事件2

:车厢前壁接收器接收到光信号.14-3狭义相对论的时空观21S

系(地面参考系)事件

2事件

1设S系中x1、x2两处发生两事件,时间间隔为

.问S′系中这两事件发生的时间间隔是多少？22

系(车厢参考系)在一个惯性系同时发生的两个事件，在另一个惯性系是否同时?23讨论------不同时------不同时2同地不同时1同时不同地24时------同时

------同时------不同时讨论3同时同地4不同时不同地25结论

同时性具有相对意义沿两个惯性系运动方向，在其中一个惯性系中异地同时发生的两个事件，在另一惯性系中观察则不同时；只有同地同时发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的.26复习基本假设：洛伦兹变换同时的相对性正变换逆变换27长度的测量和同时性概念密切相关．二长度的收缩(动尺变短)棒沿

轴对系静止放置,在系中同时测得两端坐标28则棒的固有长度为固有长度：物体相对静止时所测得的长度.（最长）问

在S系中测得棒有多长?29设在S系中某时刻

t

同时测得棒两端坐标为x1、x2，则S系中测得棒长l=x2

-x1，l与l0的关系为：物体沿运动方向长度收缩，或动尺变短。30讨论

1）原长最长，动尺变短；2）长度收缩只发生在物体的运动方向；

3）当v<<c时,,相对论效应可以忽略.4）长度收缩效应是相对的；31在S中的观察者在中的观察者长度的相对性32例1长为1m

的棒静止地放在平面内，在

系的观察者测得此棒与轴成角，试问从S

系的观察者来看，此棒的长度以及棒与

Ox

轴的夹角是多少？设系相对S系的运动速度.解在

系33在S系34三时间的延缓(动钟变慢)35B发射光信号接受光信号时间间隔系同一地点B

发生两事件

S系的观测者测得光信号往返一次的时间：L3637B发射光信号接受光信号时间间隔系同一地点B

发生两事件从洛伦兹变换的角度逆变换38在S

系中观测两事件39

运动时间(两地时)：两个地点发生的两事件的时间间隔.B固有时间(原时)：同一地点发生的两事件的时间间隔.时间延缓：运动的钟走得慢.

401)对于所有的参照系,原时最短;2)两地时总是大于原时;3)S系(静系)中的观测者认为S’系(动系)的钟走慢了-----时间延缓或动钟变慢效应;6)时间延缓或动钟变慢效应是相对的.注意

5)

时，.41afe0.弟弟..哥哥花谢事件：处发生两个事件：花开事件：系：（寿命）在S系中观察者测量花的寿命是多少？42..哥哥afe0.弟弟

S系中的弟弟测得花的寿命长于S’系中的哥哥测得的寿命。弟弟说：S’系的钟比S系的钟走得慢。S系花的寿命43afe0.弟弟..哥哥结论：对本惯性系做相对运动的钟（或事物经历的过程）变慢。在系中观察者总觉得相对于自己运动的S系的钟较自己的钟走得慢。44例3