应用型本科大学物理　下册 课件 第14、15章光的偏振、狭义相对论

第14章光的偏振14.1自然光1.光的偏振性:纵波：振动方向//传播方向横波：振动方向传播方向——光的横波偏振性在垂直传播方向的平面内，有各种不同的振动状态。~光的偏振态(polarizationstate)EvoH2.自然光(naturallight)：

光沿某一方向传播时，在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向振动的光矢量都有，且各方向光振动的振幅都相等，这种光称为自然光--随机偏振波。自然光可分解为任意两个方向互相垂直、振幅相等，没有任何相位关系的光矢量分量（偏振光），线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解14.2偏振光

光矢量在垂直传播方向的平面内，只沿一个固定方向振动，这种光称为线偏振光（面偏振光）。......1.偏振面：传播方向与振动方向(矢量)组成的平面。2.偏振光表示：偏振面C偏振面C(光振动平行板面)(光振动垂直板面)在垂直于传播方向的平面内，光矢量按一定的频率旋转若光矢量振幅不变，矢端扫出轨迹是圆——圆偏振光若光矢量振幅不断改变，矢端扫出轨迹是椭圆——椭圆偏振光右旋光左旋光3.部分偏振光(partialpolarezation)：

在垂直传播方向的平面内，光矢量在某一方向振动较强，而垂直该方向的振动较弱。14.3偏振光的获得和检测14.3.1起偏和检偏自然光I0线偏振光I偏振化方向线偏振光I'

14.3.2马吕斯定律(马吕斯定律)—消光当;当起偏器检偏器【解】设入射自然光的光强为I0，当它透过P1后，将成为光强

的偏振光，振动方向平行于P1偏振化方向。【例14-1】如图，在两块正交偏振片(偏振化方向相互垂直)P1和P3之间插入另一块偏振片P2，光强为I0的自然光垂直入射于偏振片P1，求转动P2时透过P3的光强I与转角的关系。若用α表示P1和P2偏振化方向之间的夹角，由马吕斯定律，透过P2的偏振光的光强是由于P2和P3偏振化方向之间的夹角为90°-α，即入射到P3的偏振光的振动方向与它的偏振化方向的夹角为90°-α，再一次应用马吕斯定律，即得透过P3的偏振光的光强当α=45°时，，为最大的透射光强。例14-2将自然光入射到重叠在一起的两个偏振片上，测得透射光强为最大透射光强的1/3，忽略晶体的吸收。(1)求两偏振片偏振化方向之间的夹角；(2)若透射光强为入射光强的1/3，求两偏振片偏振化方向之间的夹角。设P1和P2偏振化方向之间的夹角为θ，由马吕斯定律得所以(2)依题意：【解】(1)当P1和P2的偏振化方向平行时透射光强最大，即即θ≈54.7°立体电影物理知识应用14.4布儒斯特定律1.反射和折射产生的偏振ib—

布儒斯特角或起偏角

自然光反射和折射后产生部分偏振光

线偏振光ib+γ=90o时，反射光为线偏振光2.布儒斯特定律

3.玻璃片堆起偏和检偏

玻璃片堆线偏振光例如

n1=1.00(空气)，

n2=1.50(玻璃)，则空气玻璃玻璃空气入射自然光【例14-3】水的折射率为1.33，玻璃的折射率为1.50。当光由水中射向玻璃而反射时，起偏角为多少？当光由玻璃射向水而反射时，起偏角又为多少？(2)光由玻璃射向水时，根据布儒斯特定律【解】(1)光由水射向玻璃时，根据布儒斯特定律起偏角为

起偏角为

第

10章狭义相对论爱因斯坦(Einstein)2005国际物理年招贴画15.1狭义相对论基本原理15.1.1狭义相对论基本原理1.一切物理规律在任何惯性系中形式相同1）

Einstein

的相对性理论是Newton理论的发展一切物理规律力学规律大小物理知识的理解2.光在真空中的速度与发射体的运动状态无关---

相对性原理

----光速不变原理2）光速不变与伽利略的速度相加原理针锋相对3）观念上的变革牛顿力学

时间长度质量速度与参考系有关(相对性)狭义相对论力学光速(相对性)长度时间质量速度与参考系有关与参考系无关15.1.2狭义相对论的数学表述--洛伦兹变换令（2）说明伽里略变换是洛伦兹变换的低速领域的极限。因此，有文章说爱因斯坦的相对论推翻了牛顿的经典力学，这种说法是不正确的。（1）与经典时空观不同，在狭义相对论中，时间和空间是紧密相连的。时空构成一个有机整体。即超光速运动物体是不存在的。（4）一切符合相对论要求的物理规律必须在洛伦兹变换下，具有相同的数学形式，即洛仑兹协变性。讨论15.1.3相对论速度变换定义（3）由洛伦兹速度变换式逆变换正变换1）v<<c时，速度变换公式回到古典力学时的速度相加法则，而加速度则具有不变性，即加速度是绝对的。物理知识的理解3）相对论中不存在刚体的概念。2）由速度合成公式，两小于或等于光速的速度合成后的数值仍不超过真空中的光速。6）相对论中保守力场也失去一般的意义。4）加速度在各惯性系间的变换是复杂的，不再有牛顿力学中具有的绝对性的优越地位。5）相对论中匀加速运动的概念失去普遍的意义。§15.2狭义相对论的时空观M'发出的闪光，光速为c接收到闪光分别放置信号接收器15.2.1同时性的相对性Einsteintrain地面参考系---光速不变原理的直接结果实验装置中点放置光信号发生器物理问题提出某时M'发一光信号事件1：事件2：接收到闪光A'B'同时接收到光信号事件1、事件2同时发生S系中的观察者又如何看呢？事件1、事件2不同时发生处闪光,光速也为,A'B'随S'运动A'迎着光，比B'

早接收到光事件1先发生1）同时性的相对性是光速不变原理的直接结果2）相对效应如果装置固定在S系中：事件1A接收到信号；事件2B接收到信号。S系中：两事件同时发生但，S'系认为：事件1、事件2不同时发生事件2先发生3）当速度远远小于c时，两个惯性系得到相同结果4)由洛伦兹变换看同时性的相对性解题的一般思路事件1事件2两事件同时发生？若说明了同时性具有相对性已知1、同时的相对性是在建立狭义相对论中的一个关键进展。2、同时的判断:

事实上，一切涉及时间的判断总是关于同时事件的判断。3、同时相对性的意义

一惯性系中，不同地点校准了的时钟，在另一惯性系的观察者看来，是没有对准的。物理知识的理解同步钟15.2.2时间延缓效应(时间膨胀)运动学效应（洛伦兹变换的直接结果）考察一只高速运动的时钟方法：研究一个物理过程的时间间隔任务：在两个惯性系中比较两个事件的时间间隔事件1事件2特殊条件按当地钟测当地时的约定研究两个事件的时空特点在某系中(如S

系)两个事件先后发生在同一地点时间间隔由一只钟测出时间间隔由两只钟测出在另一系中(如S系)

这两个事件发生在两个地点两系所测时间间隔的关系？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之间的时间间隔叫原时.两地时原时一只钟考察中的一只钟由洛伦兹逆变换原时最短

<1>对同一过程，原时只有一个:固有时本性时本征时（1）运动时钟变慢是相对的。若k系，x处先后发生两事件由L.T.即（2）运动时钟延缓与时空基本性质有关，而与时钟本身的结构及运动过程无关，这里反映的是时空属性。（3）运动时钟延缓实质是“同时的相对性”物理知识的理解系，观测同样这两个事件系观测者认为系的钟变慢了，即运动的时钟延缓。例：基本粒子

子的寿命

=？通过高能物理实验取得的数据是：运动速度,从出生到死亡走过的距离解：把

子静止的参考系定为S'

系实验室参考系定为S系S'中是原时S中是两地时基本数据物理知识应用案例双生子效应哥哥测的是原时，弟弟测的是两地时20.5岁和30岁飞船速度:问题：相对的加速--非惯性系广义相对论

趣味之谈：仙境一天地面一年(牛郎织女)20岁时,哥哥从地球出发乘飞船运行10年后再回到地球,弟兄见面的情景？15.2.3长度收缩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长度,也称静长,只有一个棒以极高速度相对S系运动，S系测得棒的长度是什么呢？棒静止在系中静长事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端同时测的条件?事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端2.原长最长由洛伦兹变换

1）相对效应

2）纵向效应垂直运动方向长度不变若均匀带电为Q电量是相对论不变量3）在低速下

伽利略变换高速运动的立方体物理知识的理解注意：

（1）原时

一定涉及到一只钟指示的时间间隔或说在使用洛伦兹变换时必须存在的条件：

（2）静长(原长)

一定涉及到两个同时发生的事件的空间距离或说在使用洛伦兹变换时必须存在的条件是：（1）运动长度的收缩效应是相对的（2）运动尺子收缩是相对论时空的基本属性，与尺子内部的物质结构无关。（3）运动尺子收缩的实质是同时的相对性。（4）尺缩效应得到实验的强有力的支持。（5）时钟延缓与长度收缩是相关的。物理知识的理解15.3狭义相对论动力学

1)物理量的定义

2)物理量的变换（一个参考系中的问题）（两个参考系的问题）

物理量为什么应这样定义？必须满足两个基本原则：

(1)基本规律在洛伦兹变换下形式不变

动量定理（守恒定律）动能定理（能量守恒）等

(2)低速时回到牛顿力学动力学基础包括两个方面的内容：物理知识引入的形式力与动量

质量的表达由力的定义式有：持续作用持续但的上限是cm

随速率增大而增大与牛力形式相同所以质量必须是15.3.1相对论的质量与能量1.相对论质量质速关系S系中有一静止粒子，分裂为两部分MA

=MB，分裂后MA的速度为v，MB

的速度为

v。在S

系看MA是静止不动的，即=0。MB相对于S

系的速度可由洛伦兹速度变换式求出，得（1）·ABMAMBv-vv质心从上式可以解得由（1）式解出

从S系看，分裂后粒子的质心仍在x0处，但从S

系看，质心以速度

v沿x

负方向运动。可以根据质心的定义求质心相对于S

系运动速度()为：（2）将上式代入（2）式，得或者（3）

由上式可见，在S系观测，粒子分裂后的两部分以相同速率运动，质量相等，但从S

系观测，由于它们运动速率不同，质量也不相等。MA静止，可看作静质量，用m0表示；MB以速率

运动，可视为运动质量，称为相对论性质量，用m表示。1）合理性（速度愈高质量值愈大）2）特殊情况下可理论证明归根结底是实验证明物理知识的理解3）由于空间的各向同性质量与速度方向无关

4）相对论动量能记住吧？！推