大学物理狭义相对论课件3

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大学物理课件—狭义相对论(免费版)

狭义相对论基础
实验学院数理教研室
Albert Einstein ( 1879 – 1955 ) 20世纪最伟大的物理学家, 于 1905年和1915年先后创立了狭义相对论和广义相对论, 他于1905年提出了光量子假设, 为此他于1922年获得诺贝尔物理学奖, 他还在量子理论方面具有很多的重要的贡献 .
-
第四章
狭义相对论基础
实验学院数理教研室
例2 静止时边长为50cm的立方体,沿着某棱边方向相对于地面运动,v=2.4108 ms-1,则在地面上测得其体积是 . 解：
v
在运动方向上，边长：
l l0 1
2
2
在与此垂直的方向上，边长不变! 体积：
V l l l
2 0
3 0
二 . 伽利略变换当
t t' 0
时
s y
y
ut
o
s'
y'
u
*
o与
o'重合
y'
P ( x, y , z ) ( x' , y ' , z ' )
位置坐标变换公式
z' z
t' t
x' x ut y' y
x'
x
z z
o' z' z'
x' x
v ' v u a' a
z
y
y'
u
l0 x '2 x '1 l '
o
x '1
o' x1
l0

大学物理《狭义相对论基础》PPT课件

第10章狭义相对论基础 10章
将整个装置转90° 此时,两光线正好互换, 将整个装置转 °,此时,两光线正好互换,所需时间差: 2
Lu t′ = t1 t2 ≈ 3 c 2 Lu 光程差: δ ′ = c t′ ≈ c2 2 2Lu 转动前后总的光程差: 转动前后总的光程差: δ = δ δ ′ ≈ 2Lu 0 2 c 2Lu2 转动前后条纹移动数: 转动前后条纹移动数: N = δ0 / λ ≈ λc2
逆变换
u2 1 2 c y = y′ z = z′
x=
u t′ + 2 x′ c t= u2 1 2 c
哈尔滨工程大学理学院
伽利略变换洛仑兹变换
第10章狭义相对论基础 10章
2
ct2 2 ut2 2 2 即( : ) = L +( ) 2 2
2L c u
2 2
∴ t2 =
2L u2 1 = ( 2) 2 1 c c
Lu2 两光线的时间差: 两光线的时间差: t = t t ≈ 1 2 c3 Lu2 光程差: 光程差: δ = c t ≈ c2
哈尔滨工程大学理学院
伽利略变换洛仑兹变换
伽利略变换洛仑兹变换
第10章狭义相对论基础 10章
第10章狭义相对论基础 10章
爱因斯坦( 爱因斯坦(Albert Einstein, , 1879—1955), 世纪最伟大的物理 ),20世纪最伟大的物理 — ), 学家,先后于1905年和年和1915年创立了学家,先后于年和年创立了狭义相对论和广义相对论.他于1905 狭义相对论和广义相对论.他于年提出了光量子假设,为此于1921年年提出了光量子假设,为此于年获得诺贝尔物理学奖. 获得诺贝尔物理学奖.他还在量子理论方面具有很多重要的贡献. 论方面具有很多重要的贡献. 爱因斯坦的哲学观念: 爱因斯坦的哲学观念:自然界应当是和谐而简单的. 然界应当是和谐而简单的. 理论特色: 理论特色:出于简单而归于深奥. 于深奥.

狭义相对论的基本原理PPT课件

个光信号。经一段时间，光传到 P点。
我们可以把光到达P点看作一个事件。而事件是在一定的空间和时间中发生的，可以用时空坐标来表示。
S P x,y,z,t 寻找对同一客观事件，两
个参照系中相应的坐
S P x ,y,z,t
标值之间的关系。
.
4
1.洛仑兹坐标变换 •由光速不变原理：
x2y2z2c2t2 (1 )
S S u
P
xx O O’ ’
x 2y 2 z2 c2 t2(2 )
站在S和S/的人都认为自己是静止不动的，而且
•由发展的观点：
光速也不变的。
u<<c 情况下，狭义牛顿力学 yy zz
•由于客观事实是确定的：
x,y,z,t对应唯一的 x,y,z,t
下面的任务是，根据
设： x xt (3 )上述四式，利用比较
例2、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抛出一物体，物体相对飞船速度为0.90c 。问：从地面上看，物体速度多大？
解：选飞船参照系为S’系。地面参照系为S系。
S S’ u
u0.80 c vx 0.90c
X(X’)
由洛仑兹速度变换关系可得：
vx
vx u
1
u c2
v x
0.90c0.80c 10.800.90
0.99c
.
13
下面我们来考察空间中的两个不同事件。
3.两个事件的时空关系
对于不同的两个事件：
S
事件1
(x1 , t1 )
事件2
x2,t2
S
x1 ,t1
x2 ,t2
两事件时间间隔 t t2t1 tt2 t1

大学物理第6章狭义相对论ppt课件

既然同时性是相对的，那么早与晚的时间顺序
是否也是相对的呢？即一个参考系早发生的事件，
在另一个参考系看来会晚发生呢？
是可能的。但具有因果关系的事件的时序是不
会颠倒的。
小结
时空与物质的运动是相互联系的; 空间距离、时间间隔、同时性也是相对的，它们随物体与观察者的相对运动状态而改变。这就是狭义相对论的时空观。
x 2,y 2,u0.5c S
2
2
y
S(棒): 棒只在运动方向变长。
x x , y y
1 u2 / c2
o
固有长度:
lo (x)2(y)2=1.08m z
S y u
y
45°
x
o
x
x
z
补充例：π介子静止寿命为2.5×10-8s，实验时测得其速率为0.99c，在衰变前可运行距离52m 问：实验结果与理论分析是否一致
K ：t(tuc2x)0, 解得: u=0.6c
xx1u2/c24106m
或 x( xu t)4106m
例题6.4.3 S系：两事件发生在同一地点，且第二事件比第一事件晚发生t=2s；而S：观测到第二事件比第一事件晚发生t =3s。在S系中测得发生这两事件的地点之间的距离x是多少？
解：能否用长度收缩公式？不行。
或者说：运动的时钟走得慢些(钟慢)。时间膨胀(钟慢)是相对性效应，与钟表的具体运转无关。
3.同时的相对性
设A、B两事件同时发生在S系的不同地点, 即
S : xx2 x1 0,tt2 t1 0
S:
tt2t1(tuc 2x)
ux c2 0
可见，在S系看来同时发生的事件，在S系看来
就不是同时发生的。所以同时性是相对的。

大学物理B层次第四章狭义相对论PPT课件

10
§4-2 爱因斯坦狭义相对性的基本假设
1.相对性原理
物理学定律在所有的惯性系中都具有相同的数学形式。
也就是说,物理学定律与惯性系的选择无关,所有的惯性系都是等价的。
2.光速不变原理
在所有惯性系中,真空中的光速都具有相同的量值c。
也就是说,不管光源与观察者之间的相对运动如何,在任一惯性系中的观察者所观测的真空中光速都是相等的。
S S
y
y u
•P
x
o
x
o
ut
x
x
z
z
12
对于S系的原点o,任一时刻 S 系: x=0。 S′系: x′=-ut′。
即： x= x′+ut′=0
根据时空均匀性,我们有理由假定，对任一点P有如下线性关系关系：
x(xut)x+C
S S
y
y u
•P
x
o
x
o
ut
x
x
z
z
同理,考虑S′的原点o′,则有
x(xu)t
经典力学认为,物体的质量与运动无关，于是有 Fm am aF
S
S
这就是说, 力学规律(牛顿运动定律)对一切惯性系来说,都具有相同的形式;或者说, 在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的。力学规律(牛顿运动定律)在伽利略变换下的这种不变性，叫做力学相对性原理，或伽利略相对性原理。
应当注意：这里说的不变，是力学规律(牛顿运动定律)的形式不变，而不是所有的力学量的形式不变。
3.伽利略变换的困难
首先是电磁现象的规律问题。如果用伽利略变换对电磁现象的基本规律(麦克斯韦方程组)进行变换,发现这些规律对不同的惯性系并不具有相同的形式。可见, 电磁现象的基本规律不符合伽利略变换！另一个问题是真空中的光速问题。大家都知道，真空的光速是c。可这个c是对什么参考系来说的呢？

西安交通大学大学物理ppt第七章 (3)

例两个静质量都为 m0 的粒子，其中一个静止，另一个以 v0 = 0.8 c 的速度运动，它们对心碰撞以后粘在一起。
求碰撞后合成粒子的静止质量。解取两粒子作为一个系统，碰撞前后动量、能量均守恒，设碰撞后合成粒子的静止质量为 M0 ，运动质量为 M ，运动速度为 V ，则 2 2 2
mc m c Mc m v 0 MV 0 0
火箭质量可近视为不变。
解题思路实际问题中当物体作趋近于光速的高速运动时，一定要用相对论动力学的公式，求解相对论动力学问题的关键在于理解和掌握下列几个最重要的结论： m0 m 相对论质量 v2 1 2 c
相对论动量
mv p v2 1 2 c
2 Emc
相对论能量相对论动能
故
v v 1 1 2 u c
2
2u v vA u2 1 2 c 2 v v u 或 2 20 u cv
取正号代入
m (v )
m0 v2 1 2 c
m m 0u m (v) 0 v u v 1 u
—— 相对论的质速关系
m(v): 相对论质量;
m0 : 静止质量
v x u vx u 1 2 v x c
质量应与物体运动有关
m m v
相对论质量 m m v 经典力学中：物体质量恒定.
恒力下：v∝t
没有上限.
v c
实验证明,电子在恒力作用下被加速到接近光速时,速度不再线性增加,且不能超越光速. 狭义相对论从理论上可以证明
t v
相对论的质速关系
2 2 m m / 1 v / c 0
讨论 (1) 当v << c 时， 0, m = m0 —— 退化到牛顿力学 (2) 质速曲线当v =0.1 c 当v =0.866 c m 增加 0.5%

[课件]大学物理第3章相对论基础PPT

教学基本内容、基本公式 1. 狭义相对论的基本原理
光速不变原理：对真空中的任何惯性参考系，光沿任意方向的传播速度都是c. 相对性原理：所有物理规律在任何不同的惯性参考中形式相同。
2. 狭义相对论的时空观
爱因斯坦认为，时间和长度的测量是相对的，即时间和长度的测量要受到测量对象和观察者之间的相对运动的影响，运动要影响测量．这反映出空间、时间与物质的运动有着不可分割的联系。在数学上跟相对论时空观相对应的时空坐标变换式为洛仑兹变换。
2 u 2 t1 2 5 1 ( 0 . 6 ) 4 s c
t
8
解答三
y
y
飞船
t x / v 飞船： x x x 0 . 6 c 5 0 . 8 c 5 7 c 地： 2 1 t 0
u
t1
v
t1 t 3
狭义相对论的时空观爱因斯坦认为时间和长度的测量是相对的即时间和长度的测量要受到测量对象和观察者之间的相对运动的影响运动要影响测量
大学物理第3 章相对论基础
第3章相对论基础
基本要求
理解经典力学的相对性原理，伽利略变换。理解狭义相对论基本原理。洛仑兹变换。理解狭义相对论时空现（同时的相对性、运动物体长度缩短、时间膨胀）。理解质量和速度的关系，质量和能量的关系。会计算有关简单问题。
讨论
6
例: 一飞船和慧星相对于地面分别以0.6c和0.8c速度相向运动，在地面上观察，5s后两者将相撞，问在飞船上观察，二者将经历多长时间间隔后相撞？解答一: 两者相撞的时间间隔Δ t = 5s是运动着的对象（飞船和慧星）发生碰撞的时间间隔，因此是运动时．在飞船上观察的碰撞时间间隔t是以速度v = 0.6c运动的系统的静止时，根据时间膨胀公式 t t 1(v/ c)2 可得时间间隔为

第3章狭义相对论_PPT课件

相对性原理
物理规律对所有惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的（例如“绝对静止”的）惯性系。
伽利略坐标变换
tt'0
o 与 o' 重合
位置坐标变换公式
s y s' y'
y y ' u
ut
x'
o
z z1
o'
z' z'
x
*
P(x, y, z,t) (x', y', z',t)
x' x
x'xut
y' y
1
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，上帝说：“让牛顿去吧，”于是一切都成为光明。
后人续写道: 上帝说完多少年之后，魔鬼说：“让爱因斯坦去吧，” 于是一切又回到黑暗中。
牛顿: Newton
爱因斯坦: Einstein
绝对时空观伽利略变换 1
现代时空观洛伦兹变换
经典力学的相对性原理
(对于不同的惯性系，对于运动的描述是相对的，但是力学的基本定律---牛顿定律，其形式都是一样的。）
爱因斯坦相对性原理、光速不变
一、狭义相对论的两条基本原理
1.相对性原理
1
物理规律对所有惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的（例如“绝对静止”的）惯性系。 2.光速不变原理
在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c ，与光源的运动状态无关。
洛伦兹坐标变换
tt'0
o 与 o' 重合
x' xut (xut) 12
a
a
du
dt
若u＝常矢量
S 系中：
Fma
FFm mS 系中：S系中1： F m a

理学狭义相对论3PPT课件

理学院孙秋华
为相对论的质能关系式
Ei (mic2 ) 常量
i
i
第11页/共33页
质能公式在原子核裂变和聚变中的应用
反应前：
静质量 m01 总动能EK1
反应后：
静质量 m02 总动能EK2
能量守恒：因此：
m01c 2 EK1 m02c 2 EK 2
E K 2 E K1 (m01 m02 )c 2
一、相对论动量
经典力学中的动量：P=mv m=C 相应的守恒定律在伽利略变换下保持不变。但该定义下的动量守恒定律在洛仑兹变换下不具不变性，可能的办法：
（1）修改动量的定义；（2）放弃“质量不随运动状态改变”的观
念，理论和实验均表明：定义式可不变，但要考虑质量随运动状态改变。
理学院孙秋华
第1页/共33页
c 2dm v 2dm mvdv
E K
m c2dm
m0
mc
2
m0c 2
即相对论动能公式。
理学院孙秋华
第8页/共33页
当v<<c时: 则：
1 v2
1 c2
1 1 v 2 1 1 v 2
2 c2
2 c2
E K mc 2 m0c 2
m0 1
v2 2c 2
c 2
m0c 2
理学院孙秋华
第29页/共33页
2、在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的？ (1) 一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速． (2) 质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的． (3) 在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是
同时发生的． (4)惯性系中的观察者观察一个与他作匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟比与

大学物理第四章狭义相对论基础描述PPT课件

20
②当 u时c，
略变换：
x x ut
y y
z z
t t
1
u c
2 2
洛 1仑兹变换可以简化为伽利
x x ut y y z z t t
即伽利略变换是洛仑兹变换在低速时的近似。
可见洛仑兹变换有更为普遍的意义。
性系都是等价的。
--伽利略相对性原理
2.力学规律在所有惯性系中相同数学表达形式。
3.时间和空间都是绝对的，无关联的。
4
二、伽利略变换在参考系中发生的一个物理事件要用四个坐标
（x、y、z、t）来描述。
设S系和S'系都是惯性参照系，且：
S'系相对于S系沿x轴以速度u 运动，
开始时t=t' =0坐标原点O和O'重合。
二、爱因斯坦假设 1.1905年爱因斯坦在他的论文中，大胆地提出两条假设，这就是狭义相对论的基本原理。 2.两条基本假设：（1）相对性原理
在所有惯性系里，一切物理定律都相同。即：具有相同的数学表达式。
所有惯性系都是等价的。
这是牛顿相对性原理的推广。即在所有惯性系里，不但力学定律成立，而且电磁定律、光的定律、原子物理定律和其它物理定律都同样成立。 13
揭示了时间、空间与引力的关系。
相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。
3
4-1 力学相对性原理伽利略变换
一、力学相对性原理
1.表述：描述力学现象的规律不随观察者所选的
惯性系而改变，或者说，研究力学规律时一切惯
x
1 2
1 2
18
①两坐标间的变换关系：