大学物理相对论复习提纲 ppt课件
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大学物理第6章相对论精品PPT课件
经典力学
高速领域 微观领域
相对论 量子力学
今天来介绍相对论
第相十对八章论-教--学关基于本时要空求观及时空与物质关系的理论。 （所谓经典力学遇到障碍就是经典力学的 时空观出现了问题，相对论从根本上改变 了经典的时空观。） 相对论有狭义相对论广义相对论之分：
狭义相对论（special relativity） 关于惯性系时空观的理论；
对于任何惯性参照系 , 牛顿力学的规律都具有 相同的形式 . 这就是经典力学的相对性原理 .
第十八章 教学基本要求
伽利略变换
当 tt'0时
o 与 o'重合
位置坐标变换公式
x'x v t
y' y
z'z t't
s
y
y s'
y'
y'
v
P(x, y, z)
*
(x', y', z')
vt
x'
o
z z
o' z' z'
x'
x
z z'
第十八章 教学基本要求
试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达 到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换)
球 投
c
出
d
前
t1
d c
球 投
v cv
出 后
t2
c
d
v
t1 t2
结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.
第十八章 教学基本要求
900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星 爆发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状 星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 ~ 1056年均能 用肉眼观察, 特别是开始的 23 天, 白天也能看见 .
大学物理11相对论ppt
2020/1/3
12
4、经典的时空观
（1）时间间隔：
有两个事件 k 系： 闪
（两次闪光）k
'系：
光 1
t1 t1'
闪 光 2
t2 t t2 t1 t2 ' t' t2't1'
由伽利略变换：t
t'
t1 t1' t2 t2'
结论：
t t'
不同的惯性系中，时间及间隔相同，与参照系选取无关。
迈克耳逊—莫雷（Michelson—Morleg）实验
以伽利略变换为基础来观测地球上各个方上光速的 差异。由于地球自转，据伽利略变换，地球上各个方向 上光速是不同的，在随地球公转的干涉仪中应可观测到 条纹的移动。
迈克耳逊—莫雷实验没有观测到预期的条 纹移动，称为零结果，说明光速不变。
实验结果：没有测出以太速度，光速和麦氏理论一致
2020/1/3
2
人们对物理世界的解释已经达到了终点，宇宙 万物必然按照由精美的数学方程所表达的物理学定 律永远运动下去。
著名德国物理学家基尔霍夫曾表示：“物理学
将无所作为了，至多只能在已知规律的公式的小数
点后面加几个数字罢了。”
在刚刚跨入20世纪的第一天，英国著名的物理 学家开尔文在《元旦献词》中曾经说过：
Ryrjzk
r xi
x
uytji zykj
zk
O
yK
R uti
y K
u
r P
x
O
x
(1)伽利略坐标变换
z z
x x ut
y y
相对论基础讲义PPT共19页
在经典时空观基础上建立的时、空变换法则：
3. 伽利略变换
研究P点运动
y
y/
P(x , y , z , t ) 时空坐标
S系
S/系
(x/, y/, z/ , t /)
o z
z/
o/ x u x/
S/系相对于S系以速度 u沿x正向作匀速直线运动
t = t / =0时， o 、o/ 重合
今后讨论狭义相对论使用的条件
1
x 射线 19世纪末20世纪初，物理学三个重大发现： 电子
放射性 从此，人们对物质世界的认识进入了微观领域。
在微观领域中，实验事实和经典理论发生尖锐的矛盾， 经典理论在取得巨大成绩的面前遇到了不可逾越的障碍：黑 体辐射、迈克尔逊—莫雷实验等。
为解决这些困难，一批年轻物理学家：爱因斯坦、普朗 克、波尔、德布洛意等等，敢于冲破经典理论的束缚，提出 一套全新的理论，导致了近代物理的诞生。
1900年， 普朗克 提出——量子论 1905年，爱因斯坦提出——狭义相对论、广义相对论
2
相对论和量子论是近代物理的二大理论支柱，在此理论 的基础上，人们逐步抛弃改变旧的观点。近代物理的迅速发 展不仅在理论上获得极大成功，而且导致科学技术方面的重 大革命：
原子弹、氢弹的爆炸，核能的利用； 半导体器件、大规模集成电路、计算机日新月异的发展； 激光、光纤通讯……
对于力学的运动规律，一切惯性系都是等价的。
如：测量一长度，或一段时间
甲
尺
乙 甲、乙测尺长度 和石子落下时间
同一空间的大小 同一物理过程的时间
与惯性系无关（绝对时空观）
在不同惯性系中，对同一物理过程，规律一样，但看到 的结果不一样，因此要用一个变换。
2024版大学物理2相对论PPT课件
宇宙演化历程
从普朗克时期到暴胀时期，再到辐射主导时期和物质主导 时期，最后到暗能量主导时期的宇宙演化历程。
观测证据
通过观测宇宙微波背景辐射、轻元素丰度、大尺度结构等， 为大爆炸理论提供了有力支持。
2024/1/30
26
黑洞、虫洞等前沿领域研究进展报告
黑洞
介绍黑洞的基本概念、 性质、分类以及观测证 据，探讨黑洞在广义相 对论和量子理论中的研 究进展。
暗能量
发现宇宙加速膨胀的现象，提出暗能量假设以解释这一观测事实。 暗能量具有负压强，推动宇宙加速膨胀。
现代宇宙学问题
探讨暗物质、暗能量的性质、分布及其对宇宙演化的影响，是现代 宇宙学的重要课题。
25
大爆炸理论框架下宇宙演化历程回顾
大爆炸理论
提出宇宙起源于一个极热、极密的状态，经过膨胀、冷却、 物质形成等过程演化至今。
应用领域
物体的质量随其运动速度的增 加而增加。
2024/1/30
物体的能量和质量之间存在着 等价关系，即E=mc²。
通过理论推导和实验验证来探 讨质速关系和质能关系的正确 性。例如，介绍质能方程的推 导过程，以及核反应、粒子衰 变等实验现象对质能关系的验 证。
核能开发与利用、粒子加速器 设计等。
12
29
学生自我评价报告
01 02
学习成果
通过本次课程的学习，我掌握了狭义相对论的基本原理和洛伦兹变换的 方法，对质能关系有了更深入的理解。同时，我也学会了如何运用这些 知识解决一些实际问题。
学习方法
在学习过程中，我采用了多种学习方法，包括听讲、阅读教材、做练习 题、参加讨论课等。这些学习方法帮助我更好地理解和掌握了课程内容。
实验验证方法
3
从普朗克时期到暴胀时期，再到辐射主导时期和物质主导 时期，最后到暗能量主导时期的宇宙演化历程。
观测证据
通过观测宇宙微波背景辐射、轻元素丰度、大尺度结构等， 为大爆炸理论提供了有力支持。
2024/1/30
26
黑洞、虫洞等前沿领域研究进展报告
黑洞
介绍黑洞的基本概念、 性质、分类以及观测证 据，探讨黑洞在广义相 对论和量子理论中的研 究进展。
暗能量
发现宇宙加速膨胀的现象，提出暗能量假设以解释这一观测事实。 暗能量具有负压强，推动宇宙加速膨胀。
现代宇宙学问题
探讨暗物质、暗能量的性质、分布及其对宇宙演化的影响，是现代 宇宙学的重要课题。
25
大爆炸理论框架下宇宙演化历程回顾
大爆炸理论
提出宇宙起源于一个极热、极密的状态，经过膨胀、冷却、 物质形成等过程演化至今。
应用领域
物体的质量随其运动速度的增 加而增加。
2024/1/30
物体的能量和质量之间存在着 等价关系，即E=mc²。
通过理论推导和实验验证来探 讨质速关系和质能关系的正确 性。例如，介绍质能方程的推 导过程，以及核反应、粒子衰 变等实验现象对质能关系的验 证。
核能开发与利用、粒子加速器 设计等。
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29
学生自我评价报告
01 02
学习成果
通过本次课程的学习，我掌握了狭义相对论的基本原理和洛伦兹变换的 方法，对质能关系有了更深入的理解。同时，我也学会了如何运用这些 知识解决一些实际问题。
学习方法
在学习过程中，我采用了多种学习方法，包括听讲、阅读教材、做练习 题、参加讨论课等。这些学习方法帮助我更好地理解和掌握了课程内容。
实验验证方法
3
大学物理课件--相对论 ppt课件
▲电磁场的物质性与以太的否定。
2. 光速不变原理
在一切惯性系中，光在真空中沿各个方向传 播速度都是C，跟光源与观察者相对速度无关。
基点：电磁理论和迈克p尔pt课件逊实验结果
10
二、洛仑兹变换
前提：♠ 满足光速不变原理和狭义相对性原理
♠ 当u<<c时，换原为伽利略变换
表示：取如下线性变换
x' a11x a12t y' y z' z t ' a21 x a22t
x2 )
ppt课件
13
t2'
t1'
[(t2
t1 )
u c2
( x2
x1 )]
1o 若 x2 x1 t2 t1 则 t2' t1'
—— 在 S 系中同一地点同时发生两件事
，在 S´ 系中也是同时发生。
2o 若 x2 x1 t2 t1 则 t2' t1'
—— 称为同时的相对性
表述2：力学规律在所有惯性系中都是等价的，具 有相同形式。
二、伽利略变换
——相对性原理的数学表达式，是建立在经典时
空观基础上的不同参照系之间的时空变换关系。
ppt课件
3
S与S´关系如下：
x' x ut y' y z' z
x x ut
y y z z
y
y' u
S
S'
P(x, y,z,t)
P(x', y', z',t')
o
大学物理相对论复习提纲共43页
Байду номын сангаас
谢谢！
大学物理相对论复习提纲
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
大学物理相对论复习提纲
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
大学物理相对论ppt课件
比 B早接收到光
事件1、事件2 不同时发生
事件1先发生 t 0
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
用洛仑兹变换式导出
t2
t2
u c2
x2
1 u2 c2
t1
t1
u c2
x1
1 u2 c2
t
t2
t1
t
u c2
1 u2
x
c2
若x 0 已知 t 0
t
u c2
x
0
同时性的相对性
在一个惯性系的不同地点同时发生的两个事件，在另一 个惯性系是不同时的。
2、 纵向效应
l l0 1 u2 c2
在两参考系内测量的纵向（与运动方向垂直）
的长度是一样的。
3、在低速下 伽利略变换
l l0 1 u2 c2
u c l l0
6-3 狭义相对论的时空观
例2、原长为10m的飞船以u＝3×103m/s的速率相对于地
面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？
t
t
u c2
x
1 u2 c2
c
5.77 109 s
u c 1 ( x )2 x
6-3 狭义相对论的时空观
二.长度的相对性
运动的棒变短
长度测量的定义
对物体两端坐标的同时测量， 两端坐标之差就是物体长度。
S S
u
l0
原长 棒相对观察者静止时测得的它的长度
（也称静长或固有长度）。
棒静止在S'系中 l0是静长
u
隧
a火 车b
A
道
B
在地面参照系S中测量，火车长度要缩短。但隧道的B端 与火车b端相遇这一事件与隧道A端发生闪电的事件不是同时的， 而是B端先与b端相遇，而后A处发生闪电，当A端发生闪电时， 火车的a端已进入隧道内，所以闪电仍不能击中a端。
大学物理-第七讲-狭义相对论基本原理-相对论的时空观PPT课件
在地面参考系S上看,
-的寿命是两地时,记作△t
Δ t Δ t 2 106
x
1
u2 c2
1 0.9982
x
3.16 105 s
它比原时 2×10-6 s 约长16倍！
按此寿命计算,它在这段时间里，在地面系走的距离 为 u△t =2.994×108×3.16×10-5 = 9461 m
（所以能到地面，与实验一致）
我们记 （原时） △t ’= 2×10-6s
若没有时间延缓效应,它们从产生到衰变掉 的时间里，是根本不可能到达地面的实验室的：
因为，它走过的距离只有
u△t’=2.99×108×2×10-6 = 600 m！
但事实是, 介子到达了地面实验室！
这可用时间延缓效应来解释：
将运动参考系S’建立在 -上,
y y
z z
t t
v v - u a a
— 伽利略变换
牛不顿同力惯学 性中 系力 中和F质 量m都a 与的参形考式系不变的。选择无关，所以在
这表明伽利略变换和力学相对性原理是一致的 。 力学实验无法判定一个惯性系的运动状态
二、经典理论遇到的困难
19世纪下半叶，得到了电磁学的基本规律即麦克斯韦 电磁场方程组,不具有伽利略变换下形式不变的特点。
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
于是测得动长 l = x4 - x3 = u△t
△t = ？
△t = l /u
△t = l /u ----（1）
在S’系: 设这两个事件的时间间隔为 △t’。
相对论PPT课件
• 不论光源与观察者 做怎样的相对运动， 光相对于观察者的
速度都是一样的!
三、狭义相对论的两个基本假设
狭义相对论的两个基本假设
狭义相对性原理： 在不同的惯性参考 系中，一切物理规 律都是相同的
光速不变原理： 真空中的光速在不同 的惯性参考系中都是 相同的
到目前为止，这两个基本原理的所有推论都与 事实相符，这就证明了它的正确性
仓内的人想通过力学实验判断仓是惯性系还 是非惯性系
m a
地球
a m
a
无地球
广义相对论简介
狭义相对论
广义相对论
爱因 斯坦 相对
不同的惯性
任何参考系
参考系中一 更进一步 （包括非惯性
广义 相对性原切物源自规律系）中物理规性原
理
都是相同的
律都是相同的
理
光
真空中的光
速
速在不同惯
恒
性参考系中
定
都是相等的
一个均匀的引
16
相对论的速度叠加公式
v
u
车外的人看到车上人
相对地面的速度为：
u
u v
1
uv c2
17
相对论质量
物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质 量是否随着速度而变化？
严格的论证表明，物体高速（与光速相比） 运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的 关系：
m
m0
1
v
2
c
m为运动质量
m0为静止质量
18
惯性力的定义式
F ma
注意不 要混淆
Fi ma
“－”号表示惯性力的方向 与非惯性系的加速度方向相反．
“m”应该叫做惯性质量．
非惯性系和惯性系
速度都是一样的!
三、狭义相对论的两个基本假设
狭义相对论的两个基本假设
狭义相对性原理： 在不同的惯性参考 系中，一切物理规 律都是相同的
光速不变原理： 真空中的光速在不同 的惯性参考系中都是 相同的
到目前为止，这两个基本原理的所有推论都与 事实相符，这就证明了它的正确性
仓内的人想通过力学实验判断仓是惯性系还 是非惯性系
m a
地球
a m
a
无地球
广义相对论简介
狭义相对论
广义相对论
爱因 斯坦 相对
不同的惯性
任何参考系
参考系中一 更进一步 （包括非惯性
广义 相对性原切物源自规律系）中物理规性原
理
都是相同的
律都是相同的
理
光
真空中的光
速
速在不同惯
恒
性参考系中
定
都是相等的
一个均匀的引
16
相对论的速度叠加公式
v
u
车外的人看到车上人
相对地面的速度为：
u
u v
1
uv c2
17
相对论质量
物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质 量是否随着速度而变化？
严格的论证表明，物体高速（与光速相比） 运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的 关系：
m
m0
1
v
2
c
m为运动质量
m0为静止质量
18
惯性力的定义式
F ma
注意不 要混淆
Fi ma
“－”号表示惯性力的方向 与非惯性系的加速度方向相反．
“m”应该叫做惯性质量．
非惯性系和惯性系
[课件]大学物理第3章 相对论基础PPT
![[课件]大学物理第3章 相对论基础PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/e42abd4cb84ae45c3b358c65.png)
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
大学物理学习课件4相对论总复习
P m 0v 1 (v / c )
2
4 动量与能量的关系
E
2
E
2 0
P c
2
2
m v m 0v
v c
2
x')
第十八章 相 对 论 总 复 习
三 同时的相对性
2 时间的延缓
t 异地“同时”具有相对意义； 同地“同时”具有绝对意义。
1 长度的收缩
l l0
l0 1 (v / c )
2
1 (v c )
2
称为固有时间 ：同一地点发生 的两事件的时间间隔 .
l0 称为固有长度，即相对物体静止的
x' x
x' ( x vt)
oo'正 变换y' yz' z
t ' (t
v c
2
x)
第十八章 相 对 论 总 复 习
二 . 洛伦兹变换式
v c
1
1
2
y
y'
P ( x, y, z,t)
s
z
s'
z'
v
* ( x ', y ', z ', t ')
x' x
第十八章 相 对 论 总 复 习
教学基本要求
一 了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原 理，掌握在此基础上建立起来的洛伦兹变换式.
二 掌握狭义相对论中同时的相对性，以及 长度收缩和时间延缓的概念，了解牛顿力学的 时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异. 三 掌握狭义相对论中质量、动量与速度的关 系，以及质量与能量间的关系.
2
4 动量与能量的关系
E
2
E
2 0
P c
2
2
m v m 0v
v c
2
x')
第十八章 相 对 论 总 复 习
三 同时的相对性
2 时间的延缓
t 异地“同时”具有相对意义； 同地“同时”具有绝对意义。
1 长度的收缩
l l0
l0 1 (v / c )
2
1 (v c )
2
称为固有时间 ：同一地点发生 的两事件的时间间隔 .
l0 称为固有长度，即相对物体静止的
x' x
x' ( x vt)
oo'正 变换y' yz' z
t ' (t
v c
2
x)
第十八章 相 对 论 总 复 习
二 . 洛伦兹变换式
v c
1
1
2
y
y'
P ( x, y, z,t)
s
z
s'
z'
v
* ( x ', y ', z ', t ')
x' x
第十八章 相 对 论 总 复 习
教学基本要求
一 了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原 理，掌握在此基础上建立起来的洛伦兹变换式.
二 掌握狭义相对论中同时的相对性，以及 长度收缩和时间延缓的概念，了解牛顿力学的 时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异. 三 掌握狭义相对论中质量、动量与速度的关 系，以及质量与能量间的关系.
大学物理相对论复习提纲讲解
c2
x 0 Δt t2 t1 Δt'
t t
1 2
19
s ys' y'v
o o'
d
12
9 6 3 x'
B
x
y
s
x1
o 12
9
3
6
12
9
3
6
d
x2
12 x
9
3
6
t t
1 2
固有时间 ：同一地点 发生的两事件的时间 间隔 .
Δt Δt' Δt0
系
v(车厢参考系
)
事件 1 (x'1 , y'1 , z'1 ,t'1 ) 事件 2 (x'2 , y'2 , z'2 ,t'2 )
1
2
t ( t v x ) 洛伦兹变换
o' 12 93 6
12 x'
93 6
Δt
t2
c2
t1
( Δt
v c2
Δx
)
13
讨论 1
Δt t2 t1
1
大学物理（下册）
第十四章 相对论
本章内容：
14-1 14-2 14-3
14-4 14-6
伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 迈克耳孙-莫雷实验 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 狭义相对论的时空观 相对论性动量和能量
2014年11月
经典力学时空观-绝对性
• 空间是绝对的: 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．
1g 铀— 235 的原子裂变释放的能量
x 0 Δt t2 t1 Δt'
t t
1 2
19
s ys' y'v
o o'
d
12
9 6 3 x'
B
x
y
s
x1
o 12
9
3
6
12
9
3
6
d
x2
12 x
9
3
6
t t
1 2
固有时间 ：同一地点 发生的两事件的时间 间隔 .
Δt Δt' Δt0
系
v(车厢参考系
)
事件 1 (x'1 , y'1 , z'1 ,t'1 ) 事件 2 (x'2 , y'2 , z'2 ,t'2 )
1
2
t ( t v x ) 洛伦兹变换
o' 12 93 6
12 x'
93 6
Δt
t2
c2
t1
( Δt
v c2
Δx
)
13
讨论 1
Δt t2 t1
1
大学物理（下册）
第十四章 相对论
本章内容：
14-1 14-2 14-3
14-4 14-6
伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 迈克耳孙-莫雷实验 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 狭义相对论的时空观 相对论性动量和能量
2014年11月
经典力学时空观-绝对性
• 空间是绝对的: 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．
1g 铀— 235 的原子裂变释放的能量
相对论第一二章课件PPT
质能方程E=mc^2中的E代表物体的总能量，包括静止能 量和动能等，m代表物体的质量，c代表光速。这个公式 表明，物体的总能量与其质量成正比，且光速c是一个自 然界的恒定常数。
质量与能量的关系
质量与能量之间的关系是相对论中的一个核心概念，它表明质量和能量之间存在 等效性。根据质能关系，物质所具有的能量与其质量之间存在确定的数学关系。
06
相对论的应用和影响
相对论在天文学中的应用
相对论预测了光线在强重力场 中的弯曲，为天文观测提供了 新的方法，如利用重力透镜观 测遥远星系。
相对论解释了宇宙的膨胀现象， 为天文学家研究宇宙的起源和 演化提供了理论支持。
相对论预测了黑洞的存在，为 天文学家寻找和研究黑洞提供 了理论依据。
相对论在物理学其他领域的应用
空间在不同惯性参考系中的尺度 不同，即空间距离的相对性。
空间的相对性推论
尺缩效应，即高速运动的物体在静 止观察者看来长度缩短。
空间测量
通过光速不变原理和空间间隔的相 对性，可以推导出尺缩效应的数学 表达式。
时间与空间的统一：时空
时空连续体
时间和空间在相对论中不再是独 立的概念，而是构成了一个四维
的时空连续体。
式产生了深远的影响。
相对论揭示了质量和能量的本质 关系，为人类探索物质和能量之
间的关系提供了新的视角。
相对论促进了人类对宇宙起源和 演化的思考，激发了人类探索未
知领域的勇气和决心。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
化条件。
向量与矩阵
02
向量是具有大小和方向的几何对象，矩阵是线性代数中的基本
工具，用于表示变换和线性方程组。
特征值与特征向量
质量与能量的关系
质量与能量之间的关系是相对论中的一个核心概念，它表明质量和能量之间存在 等效性。根据质能关系，物质所具有的能量与其质量之间存在确定的数学关系。
06
相对论的应用和影响
相对论在天文学中的应用
相对论预测了光线在强重力场 中的弯曲，为天文观测提供了 新的方法，如利用重力透镜观 测遥远星系。
相对论解释了宇宙的膨胀现象， 为天文学家研究宇宙的起源和 演化提供了理论支持。
相对论预测了黑洞的存在，为 天文学家寻找和研究黑洞提供 了理论依据。
相对论在物理学其他领域的应用
空间在不同惯性参考系中的尺度 不同，即空间距离的相对性。
空间的相对性推论
尺缩效应，即高速运动的物体在静 止观察者看来长度缩短。
空间测量
通过光速不变原理和空间间隔的相 对性，可以推导出尺缩效应的数学 表达式。
时间与空间的统一：时空
时空连续体
时间和空间在相对论中不再是独 立的概念，而是构成了一个四维
的时空连续体。
式产生了深远的影响。
相对论揭示了质量和能量的本质 关系，为人类探索物质和能量之
间的关系提供了新的视角。
相对论促进了人类对宇宙起源和 演化的思考，激发了人类探索未
知领域的勇气和决心。
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化条件。
向量与矩阵
02
向量是具有大小和方向的几何对象，矩阵是线性代数中的基本
工具，用于表示变换和线性方程组。
特征值与特征向量
相对论ppt课件
为 0.99c8，
计算（1）在地球上测得子的 平均寿命；（2）上述子在衰
变前在地球中通过的平均路程
解：（1）由于子相对地球的速率 0.9，9其c8
固有时间为 02.15106s
则其平均寿命为
0
3.4105s
1v2c2
（2）在时间 内， 子相对地球所经历的路程
yv1.0 2140m与实验结果相符！
说明
x2 x1 l
l0
12
(
)
错在哪里？
（2）长度收缩发生在相对运动
的方向上 (yy',zz')
3、时间的延缓
设在 系s 中一只静止的钟，在同一地点
(间x1） )t纪x2录t2 两事t，1 件则的0 在时系间中间s记隔录（的固时有间时间隔
为多少？t t2 t1
由洛伦兹变换式得
t2t1t2 t11cv2x22 x1
三、狭义相对论的基本原理
1、相对性原理 物理定律在所有惯性系中具 有相同的表述形式
2、光速不变原理 真空中的光速是常量，不依赖于惯性系
的选择，与光源或观察者的运动无关。
（1964-1966年，欧洲核子中心的实验直接验证 了光速不变的原理：
以 0.99的9高7速c5飞行的 介子， 在0 飞行中辐
射光子，得到光子的实验室速度数值仍然是 ）
3c4 5 9 10 8 m
4
5
例题4、设一容器长 l ，以速
率 vvc 沿长度方向运动，
某时刻由容器尾部沿长度方
向发射一粒子。以 u相对容器
飞行，求在地面观察，该粒子从尾部到前端 时间
解：考虑相对论效应，取容器为 s系，则
在 系s中，粒子从尾部到前端时间为
t'
计算（1）在地球上测得子的 平均寿命；（2）上述子在衰
变前在地球中通过的平均路程
解：（1）由于子相对地球的速率 0.9，9其c8
固有时间为 02.15106s
则其平均寿命为
0
3.4105s
1v2c2
（2）在时间 内， 子相对地球所经历的路程
yv1.0 2140m与实验结果相符！
说明
x2 x1 l
l0
12
(
)
错在哪里？
（2）长度收缩发生在相对运动
的方向上 (yy',zz')
3、时间的延缓
设在 系s 中一只静止的钟，在同一地点
(间x1） )t纪x2录t2 两事t，1 件则的0 在时系间中间s记隔录（的固时有间时间隔
为多少？t t2 t1
由洛伦兹变换式得
t2t1t2 t11cv2x22 x1
三、狭义相对论的基本原理
1、相对性原理 物理定律在所有惯性系中具 有相同的表述形式
2、光速不变原理 真空中的光速是常量，不依赖于惯性系
的选择，与光源或观察者的运动无关。
（1964-1966年，欧洲核子中心的实验直接验证 了光速不变的原理：
以 0.99的9高7速c5飞行的 介子， 在0 飞行中辐
射光子，得到光子的实验室速度数值仍然是 ）
3c4 5 9 10 8 m
4
5
例题4、设一容器长 l ，以速
率 vvc 沿长度方向运动，
某时刻由容器尾部沿长度方
向发射一粒子。以 u相对容器
飞行，求在地面观察，该粒子从尾部到前端 时间
解：考虑相对论效应，取容器为 s系，则
在 系s中，粒子从尾部到前端时间为
t'
相对论PPT课件
02
狭义相对论主要内容及推 导
洛伦兹变换公式及其应用
01
02
03
洛伦兹变换公式
描述不同惯性参考系之间 物理量的变换关系，包括 时间、空间坐标、质量和 能量等。
公式推导
基于光速不变原理和狭义 相对性原理，通过数学推 导得到洛伦兹变换公式。
应用举例
解释迈克尔逊-莫雷实验、 计算粒子在加速器中的运 动轨迹等。
相对论PPT课件
目录
• 相对论基本概念与原理 • 狭义相对论主要内容及推导 • 广义相对论主要内容及推导
目录
• 相对论在现代物理学中地位和作用 • 相对论实验验证及挑战问题探讨 • 总结与展望
01
相对论基本概念与原理
相对论提出背景及意义
03
经典物理学的困境
爱因斯坦的贡献
相对论的意义
19世纪末，经典物理学在解释光速不变、 黑体辐射等问题上遇到困难，需要新的理 论框架。
意义
奠定了广义相对论的基础，将引力与时空几何联 系起来。
实验验证
自由落体实验、厄缶实验等验证了等效原理的正 确性。
引力场方程简介与求解方法
引力场方程
描述物质分布如何决定时近似）和数值方法。
经典解
史瓦西解（描述静态球对称天体）、克尔解（描述旋转黑洞）等。
时间膨胀现象解释与实验验证
时间膨胀现象
01
指相对于静止观察者，运动物体的时间流逝会变慢。
解释
02
根据狭义相对论，运动物体的时间间隔与静止观察者观测到的
时间间隔不同，导致时间膨胀现象。
实验验证
03
通过比较不同惯性参考系中的原子钟走时，可以验证时间膨胀
现象的存在。
长度收缩现象解释与实验验证
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2 光速不变原理
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.
关键概念：相对性和不变性 .
(1) 狭义相对论相对性原理是牛顿力学相对性原理的发展； (2) 光速不变原理与伽利略变换是完全不相容的； (3) 否定了绝对时空观，伽利略变换和经典力学规律有待修正。
PPT课件
8
洛伦兹变换式
③ 伽利略变换是洛伦兹变换在惯性系间作低速相对运动的近似。
④ 当v>c时， 是虚数，无任何物理意义，故真空中的光速c是 一切物体运动速率的极限值。
PPT课件
11
2 洛伦兹速度变换式
正
ux
ux v
1
v c2
ux
变 换
uy
uy
1
v c2
u
x
uz
uz
1
PPT课件
1
大学物理（下册）
第十四章 相对论
本章内容：
14-1 14-2 14-3
14-4 14-6
伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 迈克耳孙-莫雷实验 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 狭义相对论的时空观 相对论性动量和能量
2014年11月
PPT课件
2
经典力学时空观-绝对性
• 空间是绝对的: 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．
PPT课件
3
1.伽利略坐标变换式
s' s y
y' S' 系相对于S系以匀速沿x轴运动
v
*P( x, y, z)
x' x vt
vt
o
xo'
x'
( x', y', z')
x'
x
z z'
y' y
z' z
t' t
t t 0 O和O´重合
上式可得，任意两点之间的距离和任意两事件之间 的时间间隔，两个参考系下测量值相等，这是显然的。
事件 2 (x2 , y2 , z2 ,t2 )
1
o o' 12
12
9
39
3
6
6
2
12 x'
x 9
3
6
Δt t2 t1
S' 系 (车厢参考系 )
y' v
事件 1 (x'1 , y'1 , z'1 ,t'1 ) 事件 2 (x'2 , y'2 , z'2 ,t'2 )
1
2
t ( t v x ) 洛伦兹变换
牛 顿 力学 麦克斯韦电磁场理论 热力学与经典统计物理
19 世 纪 后 期 ， 物 理 学 的 三 大理论体系使经典物理学已趋 于成熟。
两朵乌云
迈克耳孙—莫雷实验 黑体辐射实验
狭义相对论 量子物理
近代物理学两大支柱
强调 近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。 近代物理不是对经典理论的简单否定。
v c2
ux
逆
ux
ux
1
v c2
v ux
变 换
uy
uy
1
v c2
ux
uz
uz
1
v c2
ux
注 意 v c 时, 1
转换为伽利略变换式.PPT课件来自12 同时的相对性
S 系 ( 地面参考系 )
y y' v
事件 1 (x1, y1, z1,t1)
M1
sG
T
v
光相对于“以太”的速度为C 实验结果： 未观察到相对于“以太”的运动
结论：绝对参考系以太不存在。
迈克耳孙-莫雷实验测到以太漂 移速度为零, 被称为笼罩在19 世纪物理学上空的一朵乌云.
PPT课件
6
由经典电磁场理论可知，光在真空中的传播速 度c是一常量(高速运动)，与参考系的选择和传播 方向无关，不符合伽利略变换。
PPT课件
4
2.伽利略速度变换式
x' x vt 对时间求
一阶导数
y' y
z' z
ux ux v uy uy uz uz
u u v
3.伽利略加速度变换式
速度变换公式对时间求导
F
mam
m
F
ma
ax ax
ay ay az az
a a
不同惯性系 下，描写同 一质点的加 速度相同。
对所有的惯性系,牛顿运动定律具有相同的形式.
PPT课件
5
* 迈克耳孙-莫雷实验（寻找“以太”）
“光波的传播需要介质”----以太（特殊惯性系）。
设“以太”参考系为S系 “以太”参考系
实验室为 S'系
是绝对静止系
GM2 GM1 l
M2
x ( x vt )
正 变 换
y y
z z
t
(t
v c2
x)
x ( x vt )
逆 变
y y
换
z z
t
(t
v c2
x )
v c
1 1 2
注意
v c 时, v c 1
转换为伽利略变换式.
PPT课件
• 时间是绝对的: 时间均匀流逝,与物质运动无关,所 有惯性系有统一的时间.
• 同时是绝对的：时间间隔和空间间隔的测量值是绝 对的。
牛顿力学相对性原理：运动的描述是相对的，不同参 照系下运动的描述不同
注意
牛顿力学的相对性原理,在宏观、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.
——符合相对论理论的时空变换关系．
S' 系相对于S系以匀速沿x轴运动，观察两参照系
中同一事件的时空关系。
s y s' y'
v
vt
x'
o
xo'
z z'
*P( x, y, z)
( x', y', z')
x'
x
t t 0
O和O´重合
1. 坐标变换 2. 速度变换
PPT课件
9
1 洛伦兹坐标变换式
o' 12 93 6
12 x'
9
3
6
Δt
t2
c2
t1
(
Δt
v c2
Δx
)
PPT课件
13
讨论 1
Δt t2 t1
S系
Δx 0 Δt 0
同时不同地
10
x ( x vt )
x ( x vt )
讨论
正 变 换
y y
z z
t
(t
v c2
x)
逆 变 换
y y
z z
t ( t v x )
c2
① 时、空坐标不再独立，而且都与物体的运动有关。
② 变换式是线性的，这是因为同一事件在两个参考系中的坐标 是一一对应的。
① 若伽利略速度变换正确，麦克斯韦方程组 则不符合力学相对性原理：不同参考系有 不同表达式，会导致特殊惯性系的存在。
② 若麦克斯韦方程组正确，则伽利略速度变 换（绝对时空观）不适用于电磁理论（高 速现象），有待于修正。
PPT课件
7
狭义相对论的基本原理
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.