理学狭义相对论

12.1狭义相对论的基本原理洛伦兹变换12.1.2伽利略变换经典的时空观12.1.1

相对论的意义12.1.3狭义相对论的基本假设12.1.4洛伦兹变换12.1.1相对论的意义1.经典力学和相对论力学经典力学:相对论力学:

十九世纪末二十世纪初以前的力学称之．它的应用范围为低速；认为质量是不随速率变化的常量．

二十世纪以后的力学称之．它的应用范围为高速（接近光速）；认为质量随速率而变化．经典力学和相对论力学的关系:

当物体的运动速度远远低于光速时，相对论力学过渡到经典力学．经典力学是相对论力学的一种特例或近似．2.狭义相对论和广义相对论

狭义相对论是关于高速情况下的时空观理论；

广义相对论是关于引力和时空结构的理论．

狭义相对论适用于一切惯性参考系，而广义相对论适用于一切参考系．3.相对论和时空观经典力学是建立在绝对时空观的基之上；狭义相对论是建立在相对时空观的基础之上；广义相对论是建立在时空弯曲观的基础之上．12.1.2伽利略变换经典的时空观

设K坐标系静止，坐标系相对于K坐标系以速度沿x轴正向运动，并以和两原点重合的时刻作为两坐标系共同的计时起点，y轴和轴、轴和轴互相平行．伽利略坐标变换伽利略速度变换正变换逆变换正变换逆变换经典的时空观1．时间和空间是独立存在；2．同时是绝对的；3．时间间隔是绝对不变量；4．空间间隔是绝对不变量．

用牛顿的话来说：“绝对的真正的数学的时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与任何外界事物无关。”

“绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变。”12.1.3狭义相对论的基本假设

物理定律在所有惯性系中都是同形的，因此各个惯性系中都是等价的，不存在特殊的绝对惯性系．1.相对性原理

或：物理定律在所有惯性系中具有数学形式不变性，即协变性．

所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c．2.光速不变原理12.1.4洛伦兹变换

设K坐标系静止，坐标系相对于K坐标系以速度沿x轴正向运动，并以和两原点重合的时刻作为两坐标系共同的计时起点，y轴和轴、轴和轴互相平行．时空坐标的洛伦兹变换时空坐标的洛伦兹逆变换

从爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设出发，可导出洛伦兹变换式．洛伦兹时空坐标变换伽利略坐标变换伽利略变换发展变换无意义速度有极限12.2

狭义相对论的时空观12.2.1

同时性的相对性12.2.2长度收缩12.2.3

时间延缓

在牛顿力学中，时间是绝对的。如两事件在S系中被同时观察到，那么在S′中也是同时观察到的。但在狭义相对论中，一般来说就不再是同时的了。这是光速不变原理的直接结果

以爱因斯坦火车为例

Einsteintrain12.2.1

同时性的相对性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？

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由洛伦兹变换式：12.2.2

长度收缩

固有长度：，棒相对参考系静止时测得的长度．

运动着的物体在其运动方向上的长度缩短了，变为其固有长度的倍或，这就是所谓的长度收缩．原长最长！例12-1设宇宙飞船上有一天线，长，以角伸出宇宙飞船体外．宇宙飞船沿水平方向以的速度飞行．问：地面上的观测者测得这天线的长度与宇宙飞船的夹角各是多少？教材P296解12.2.3

时间延缓运动时钟变慢

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：afe0.

弟弟..哥哥花开事件：花谢事件：

处发生两个事件：系：（寿命）在S系中观察者测量花的寿命是多少？1.原时Propertime

一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟测量到的时间，称为固有时间（原时）。用表示。

一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测量到的时间，称为观察时间（两地时）。用表示。2、观察时间（两地时）3.原时最短时间膨胀考察中的一只钟两事件发生在同一地点两地时原时由洛仑兹逆变换原时最短，动钟变慢

..哥哥afe0.

弟弟

在S系中观察者总觉得相对于自己运动的系的钟较自己的钟走得慢。afe0.

弟弟..哥哥快慢

对发生事件的地点做相对运动的惯性系S中度量的时间比相对它静止的惯性系中度量的时间要长。afe0.

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。例12-2

带电介子（或）静止时的平均寿命是，某加速器射出的带电介子的速度是，试求：（1）在实验室中测得这种粒子的平均寿命；（2）上述介子衰变前在实验室中通过的平均距离．解（1）

（2）教材P29712.3相对论动力学

12.3.1质量和动量

12.3.2力质能关系

12.3.3动量和能量的关系

可见，相对论性质量是辅助性物理量，它并不是物体惯性的量度．它的意义在于深刻的揭示了物质和运动的不可分割性．

质量：动量：相对论质量静质量12.3.1质量和动量

讨论：（1）若,则，无实际意义（2）若,，则12.3.2力质能关系

1.相对论动力学方程2.相对论的质量与能量动能运动时的能量静止时的能量

任何宏观静止的物体具有能量

相对论质量是能量的量度

上式称为相对论的质能关系式．它揭示出质量和能量这两个物质基本属性之间的内在联系，物体有什么样的运动状态，它就必定具有什么样的质量和能量．两者始终相互对应地联系在一起，不能把能量看成是独立于物质之外的东西．12.3.3动量和能量的关系

————相对论的能量—动量关系式

一个静质量为零的粒子，在任一惯性系中都只能以光速运动，永远不会停止．迄今为止，光子是物理学中主要的静质量为零的粒子．狭义相对论小结教学要求:

１．理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理。２．了解绝对时空观和狭义相对论时空观的差别。３．理解狭义相对论中同时性、长度、时间的相对性的概念，会计算有关长度收缩及时间膨胀的简单问题。４．理解狭义相对论中质量和速度的关系，质量和能量的关系，并能用以分析计算有关的简单问题。1、狭义相对论的基本原理(1)相对性原理：物理定律对一切惯性系等价。(2)光速不变原理：真空中光速与光源或观察者的运动无关。（扩展定理）2、洛仑兹坐标变换式重点难点:3、狭义相对论的时空观（1）同时性的相对性（3）动钟变慢效应（2）动尺缩短效应4、狭义相对论动力学关系（1）质速关系式原长最长！原时最短！（2）质能关系式动能静能能量爱因斯坦方程（3）动量（4）能量与动量关系例某地先后发生两个事件，在相对于该地静止的甲参照系中所测得的发生两事件的时间间隔为4秒。若在相对于甲参考系作匀速直线运动的乙参考系中所测得的此二事件的时间间隔为5秒，则乙参考系相对于甲参考系的运动速度的大小是（用c表示真空中的光速）

A(4/5)cB(3/5)cC(2/5)cD(1/5)c[]B例:观察者甲以4c/5的速度（c为真空中光速）相对于静止的观察者乙运动，若甲携带一长度为L、截面积为

S，质量为M的棒，这根棒安放在运动方向上，则

(1)甲测得此棒的密度为