6狭义相对论力学基础PPT课件

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狭义相对论的基本原理PPT课件

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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

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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。

狭义相对论基础.ppt

狭义相对论基础.ppt

麦克斯韦电磁理论给出,真空中的光速为:
c 1 2.998108 m / s
00
光在真空中的传播速度与参考系无关,即与光 源的运动、观察者的运动无关。
而按照伽里略变换,若在S系中的光速为c,则在S’
系中的光速应为:
c c u
爱因斯坦经过周密思考和大胆探索,摆脱了绝对 时空观的束缚,终于在1905年提出了两个原理作为基 本假设,并由此建立了狭义相对论。
在S’系中观察,发射和接收这两个事件在同一地
点发生,时间间隔为:
t

2d
c
y M
t是用固定在S’ 系上的钟C’ 测得的。 d
我们把在参考系中同一地点
发生的两个事件的时间间隔 t
称为原时(固有时)。
o A
x
y 在S系中观察,闪光源A’ 以速度u向右运动,光线 走的是三角形的两边。
及它与x轴的夹角为多少?(已知 u 3)c 2
解:
lx lcos
2 2
u
S
S′´
ly lsin
2 2

ly
′´
lx lx
1u2 c2

2 2
1 3 4
2 4
l
lx2

l
2 y

10 0.79m 4
tg ly 2
lx
6327'
y y,
z z,
t
t

u c2
x
1u2 / c2
x x ut , 1u2 / c2
y y,
z z,
t
t
u c2
x
1u2 / c2

物理第六章狭义相对论基础PPT课件

物理第六章狭义相对论基础PPT课件

第18页/共51页
洛仑兹坐标变换式
正变换
逆变换
x
x ut
1
u2 c2
y y
z z
t
t
u c2
x
2
1 u2 c 第19页/共51页
x x' ut '
1
u2 c2
y y
z z
t
t'
u c2
x'
1
u2 c2
令 u
c
正变换
1 1 2
逆变换
x x ut x x ut
y y
第2页/共51页
v ' a'
正变换:
把S′系的各量用S系的各量表示。
y
y’
u
P(x, y, z, t)
ut o
o’ z
z’
坐标变换
x' x ut y' y z' z t' t
x’
x’
x x
速度变换
加速度变换
vx vx u
vy vy
a' a
vz vz
——伽利略变换式
第3页/共51页
o
x1
第14页/共x251页 x
l x2 x1 ut
Δt是B′、A′相继通过 x1这两个事件之间的固有时。
l和l ' 之间有什么关系呢?
在S′系,棒静止,由于S系向左运动,x1这一点相继经过B′和A′端。
y
u
o
y
u
o o′ y′
o′
y′
A’
A′ x1
x1经过A′和B′两事件之间的时间间隔,在S’ 系中测量为:

力学(狭义相对论基础)PPT课件

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2019年6月17
感谢你的观看
2
2
§6-1 力学相对性原理 伽利略坐标变换
(The Mechanics Relativity Principle, Galilean Coordinate-Transformation)
一、力学相对性原理
在彼此相对作匀速直线运动的所有惯性系 中,宏观低速物体运动所遵从的牛顿力学规律 是完全相同的.或者说,研究力学规律时,一切惯 性系都是等价的.
14
解:x xut 1.15106mtt(u/c2)x0.01s5
1u2 c2
1u2/c2
可见同一事件在不同惯性系中发生的时刻和
地点均不相同.
四、洛仑兹速度变换公式
vx
vx u
1
u c2
vx
正 变 换
vy
vy
1
u c2
vx
1
u2 c2

变 换
vx
v x u
2.光速不变原理 革命性 光在真空中的速度与发射体的运动状态无关.
❖光速不变原理与伽利略速度变换原理相矛盾。
❖ 观念上的变革 ➢绝对时空观(经典时空观)(1905年前)认为:
1.时间和空间可以脱离物质而存在;
2.2时019年间6月1和7 空间彼此独感立谢你,的无观看任何联系。
7
7
➢狭义相对论时空观认为:
可见,牛顿第二定律具有伽利略变换 不变性.
同理可证其它力学定律也具有伽利略变换 不变性.
2019年6月17
感谢你的观看
5
5
§6-2 狭义相对论的基本原理 洛仑兹变换
(The Basic Principle of Special Relativity, Lorentz Coordinate-Transformation)

狭义相对论基础PPT教学课件

狭义相对论基础PPT教学课件

1
u2 =5 c2
1-(9103 / 3108 )2
4.999999998m
差别很难测出。
若 u = o.98 c
l l0
1
u2 c2
=5
1-(0.98)2 1 m
相差5倍!
例2、试从π介子在其中静止的参照系来考虑π介子的平 均寿命。
解:从π介子的参照系看来,实验室的运动速率为 u=0.99c, 实验室中测得的距离是 l=52m 为固有长度 , 在π介子参照系中测量此距离应为:
小结
前言:
类型:港口,车站,航空港 影响因素:经济,社会,技术,自然

概念:具有一定面积的水域和陆域,供船舶
口 出入和停泊、货物和旅客集散的场所


区位选择:
自然条件:航行,停泊,筑港
设 经济和社会条件:腹地,城市
上 海 港
(1)是 ____上的港,兼作____港,主要港区 沿_____分布。
的 (2)_____是中国经济_____地区,包括
讨论 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(总之;沿两个惯性系相对运动方向发生的两个
事件,在其中一个惯性系中表现为同时的,在另一惯性系中观 察,则总是在前一惯性系运动的后方的那一个事件先发生。)
3) 当速度 u 远远小于 c 时,两个惯性系结果相同
2.时间膨胀
y′
S ′系中, A ′处有光源闪光 M′
爱因斯坦
1)爱因斯坦的相对性理论 是牛顿理论的发展
一切物 理规律
力学 规律
2) 光速不变与伽利略变换 革命性
与伽利略的速度相加原理针锋相对
3) 观念上的变革
时间标度 牛顿力学 长度标度

第6章狭义相对论1精品PPT课件

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a z a z
aa
a x a x a y a y
a z a z
在两个惯性系中 aa
二.牛顿的相对性原理
S Fma
S
F
m
a
F ma Fma
在牛顿力学中 力与参考系无关 FF
质量与运动无关 mm
宏观低速物体的力学规律
在任何惯性系中形式相同
或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 或 牛顿力学规律是伽利略不变式
如:动量守恒定律
S m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 0 m 2 v 20
S m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 0 m 2 v 2 0
三、经典力学时空观: 绝对时空观
绝对时间 : t=t’ △t= △t’
绝对空间:
L=L’
绝对质量:
m=m’
时间、长度、质 量这三个基本量 在经典力学中认 为都与参照系的 相对运动无关
二.爱因斯坦的狭义相对论基本假设
1.一切物理规律在任何惯性系中形式相同
--- 相对性原理
2.光在真空中的速度与发射体的运动状态无关
讨论
—— 光速不变原理
Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展
一切物 理规律
力学 规律
光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理针锋相对
革命性
放弃伽利略变换,从狭义相对论的相对性原 理和光速不变原理出发,寻找一个新的时空 变换关系,使任何物理规律在这一新的变换 下保持不变的表述形式,这一变换就是洛沦 兹变换。
y
S
y
S
u
P
并设 tt0时 o o 重合 o o
x
x
S 事件 Px,y,z,t寻找

第6章 狭义相对论课件

第6章    狭义相对论课件

2mc M 0c M 0 2m
2 2
五、相对论的能量、动量关系
由 m
m0 v 1 2 c
2
两边 平方
2 2
m (c v ) m c
2 2 2 2 0 2 2 2 0 2
2
m (c v ) c m c c
2 2 2 2 2
2
(mc ) m v c (m0c )
2 16
27
12
1kg这种核燃料所释放的能量为:
E 2.79910 14 3.3510 J/kg 27 m1 m2 8.348610
这相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的1千多万倍!
12
大亚湾核电站夜景

两全同粒子以相同的速率相向运动,碰后复合
解:设复合粒子质量为M ,速度为 V v1 v2 m1 m2 V 0 碰撞过程,动量守恒 m1v1 m2v2 MV
四、相对论能量 质能关系
动能 总能量
静止能量
2
EK mc m0c
2
除动能以外的能量
1.静能
当物体静止时,尽管EK=0,仍有能量 2 E0 m0c m0c2,称为物体的静能量E0(分子间势 能、分子热运动能量等)。
虽然静止物体不存在整体运动,动能EK=0,但在其内部 仍有很大的能量m0c2 。例m0=1Kg的任何物体,它的静止 能量E0=1×(3 × 108)2=9 × 1016(J) ,直到目前为止,人 们还无法把这么巨大的静止能量全部释放出来,为人类 服务。
S系
u v
x
§6
狭义相对论动力学基础
高速运动时动力学概念如何? 基本出发点: 基本规律在洛仑兹变换下形式不变;

史彭大学物理:狭义相对论力学基础PPT 共146页

史彭大学物理:狭义相对论力学基础PPT 共146页
dx ' adxbaub0 dt dt
u
O
O'
x (x')
ubaConst
对O点: x a 'x b (t 'd x )/e0 b (t '0 )/eb/e t'
dx' u b
dt'
e
a e
x 'a(xu)t t 'd x a t
物理系:史彭
大学物理:狭义相对论力学基础
讨论
x' (x ut)
(1) 空间测量与时间测量相互影响,相互制约 t´是 t 和 x 的函数, x´是 t 和 x 的函数
t


(t

u c2
x)
(2) 当u << c 洛伦兹变换简化为伽利略变换式

1
1
u2 c2
1
x 'xutt't
说明经典力学理论是相对论理论在低速下的近似
两朵小乌云 迈克耳逊——莫雷“以太漂移”实验
黑体辐射实验
狭义相对论 量子力学
近代物理学的两大支 柱,逐步建立了新的 物理理论。
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。
物理系:史彭
大学物理:狭义相对论力学基础
相对论基本原理
爱因斯坦两个假设
物理系:史彭
大学物理:狭义相对论力学基础
§15.2 狭义相对论的两个基本假设
一. 伽利略变换的困难
Maxwell电磁场方程组不服从伽利略变换,光速相对哪个系?
1. 绝对参照系 由“绝对时空”观点,一定存在一个与绝对时空相对静止 的参照系——绝对参照系 2. “以太”假设 以太——充满空间、无质量、刚性、相对绝对空间静止的 介质。相对以太的速度——绝对速度 3. 寻找绝对参照系的方法 由于力学相对性原理,在各惯性系中的力学现象相同 只能用非力学的其它学科实验寻找

狭义相对论力学基础课件

狭义相对论力学基础课件

一个参照系可以校准所有的时钟,有统一时间基准。
狭义相对论力学基础课件
27
三. 洛仑兹变换蕴含的时空观(一)
1. 由洛仑兹变换看同时性的相对性
事件1 事件2
S
(x1,t1)
(x2 ,t2 )
两事件同时发生 t1 t2
tt2 t10
狭义相对论力学基础课件
S
( x1, t1 ) (x2 , t2 )
t t2 t1
S S
u
A M B
研究的问题
两事件发生的时间间隔
S ?
S
M 发出的闪光 光速为c
M
S?
AMBM A B 同时接收到光信号
事件1、事件2 同时发生
狭义相对论力学基础课件
33
S系中的观察者又
如何看呢?
S S
u
M 处闪光 光速也为 c
A B 随 S 运动
A M B
A 迎着光 比 B早接收到光
事件1、事件2 不同时发生 事件1先发生 M
发生在x’=-ut’处,
即 x’+ut’=0。
yS
y
S
u
x
o o
x
说明该事件的两观测值x与( x’+ut’)必成比率, 即 x=k(x’+ut’) 。
同样地,对于在S’系中O’点于t’时刻发生的事件, 其x’=0。但在S系中观察为该事件发生在x=ut处,
即 x-ut=0 。
说明该事件的两观测值x’与( x-ut)必成比率, 即有 x’=k’(x-ut) 。
在两个惯性系中考察同一物理事件
设惯性系S 和相对S运动的惯性系S’
t时刻,物体到达P点
O,O 重合时,t t 0计时开始。

第6章狭义相对论基础14精品PPT课件

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y y v y v y
z z
t t
vz v z
vvu
伽利略坐 标变换
伽利略速 度变换
a x
a
x
du dt
a y a y
a z a z
a x a x a y a y
az az aa
伽利略加 (当u为常数) 速度变换
aa
FF
mm
Fma
F m a
在两相互作匀速直线运动的惯性系中, 牛顿运动定律具有相同的形式.
1
2
S'系 (车厢参考系)
o ' 12 93 6
12 x '
93 6
两个事件同时发生
y y'
u
1
o o ' 12
12
9 39 3
6
6
2
12 x ' x 9 3
6
S系(地面参考系) 两个事件不是同时发生
同时性是相对的! 时间的测量是相对的!
二、时间延缓(动钟变慢)
sys'
y
'
u
oo '
d
12
9
察两参照系中同一事件的时空关系。
sy
y
s'
y'
y'
u
ut
x'
o o'x
z z'
*P(x, y, z) ( x', y', z')
x' x
z z'
当 O与 O重 合t 时 t0,
sy
y
s'
y'
y'
u
*P( x, y, z)
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§6.1 力学的相对性原理 伽利略变换
一. 相对性和不变性
从两个互有相对运动的参照系对同一事 物的观察结果不同,或对同一物理量测量结 果不同,称事物或物理量的相对性。
如果任何两个有相对运动的参照系中的 观察者对于某一个物理量的测量结果总是一 样,或对于某一物理定律的表述形式完全一 样,称这个物理量或物理定律具有不变性。
如:动量守恒定律
S m1v1 m2v2 m1v10 m2v20
S m1v1 m2 v2 m1v10 m2 v20
五. 经典力学的时空观
---------绝对时空观 在伽利略变换式中t’=t,从而Δt’=Δt, 表明:在一切惯性参考系中,时间的量度 是一致的。
同理,可知对同一物体长度的测量 也与参考系无关,即ΔL’=ΔL。
一.同时的相对性relativity of simultaneity -- 光速不变原理的直接结果
以爱因斯坦火车为例 Einstein train
S Einstein train S S u
S 地面参考系
A M B
实验装置
在火车上 A、B 分别放置信号接收器
中点 M 放置光信号发生器
t t 0 M 发一光信号
2.光在真空中的速度与发射体的运动状态无关
讨论
—— 光速不变原理
Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展
一切物 理规律
力学 规律
光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理针锋相对
革命性
观念上的变革
时间标度 牛顿力学 长度标度
质量的测量
与参考系无关
速度与参考系有关 (相对性)
狭义相对 光速不变 论力学
长度 时间 质量 与参考系有关
(相对性)
三. 洛仑兹变换
Lorentz transformation
1.洛仑兹变换的导出
t t 0 o o 重合
yS
y
S
u
P
同时发出闪光
x
经一段时间 光传到 P点 o o
x
S Px, y, z, t
寻找
S Px, y, z,t
两个参考系中 相应的坐标值 之间的关系
o
r
o
u
r
P
xx速度变换与加速度变换 Nhomakorabea正
vx vx u vy vy
ax
ax
du dt
u
ay ay
是恒量
ax ax ay ay
vz vz
az az
az az

vx vx u vy vy
ax
ax
du dt
两个都
ay ay
是惯性
ax ax ay ay
vz vz
az az
•由光速不变原理:
x2 y2 z2 c2t2
x2 y2 z2 c2t2
•由发展的观点:
u << c 情况下
狭义 牛顿力学
yS
y
S
u
P
x
有 y y z z
o o
x
•由客观事实是确定的 且空间均匀各向同性:
x, y, z, t 与 x, y, z,t 的关系是
x a x bt
t x t
下面的任务是 根据上述四式 利用比较 系数法 确定系数
a b
二.结果 坐标变换式
正变换
x x ut
1
u2 c2
y y
z z
t
t
u c2
x
1
u2 c2
令 u
c
正变换
x x ut
y y z z
t t x
c
1

1 2
逆变换
x x ut
y y
z z
t t x
c
正变换
x x ut
y y z z
t t x
c
讨论
t 与 x, u, t
时空坐标
u << c 1
x x ut y y z z t t
伽利略 变换
发展
u > c 变换无意义 速度有极限
由洛仑兹变换看同时性的相对

S
S
事件1 事件2
( x1, t1)
( x2 , t2 )
设惯性系S 和相对S运动的惯性系
t时刻,物体到达P点 y S yS
o
r
o
u
r
P
xx
S
r
x,
y,
z,
t
vx, y, z, t
S rx, y, z, t vx, y, z, t
aa
正变换
逆变换
x x ut x x ut y S yS
y y z z
t t
y y z z t t
二. 力学相对性原理
在平静的水面匀速航行的船
在笔直的铁轨匀速行进的火车
高空飞行的航班
描述力学现象的规律不随观察者所选用 的惯性系而变,或者说,在研究力学规律时一 切惯性系都是等价的,这称为力学相对性原理 (伽利略相对性原理)。
三. 伽利略变换 Galilean transformation
在两个惯性系中考察同一物理事件
( x1, t1) (x2 , t2 )
两事件同时发生 t1 t2
t t2 t1 0
t t2 t1

t
t2
t1
t
u c2
x
1
u2 c2
若 x 0
已知 t 0
t 0
同时性的相对性
时序 因果关系
§6.3 狭义相对论的时空观 时空坐标 1.事件 时空坐标 2.同步钟 synchronized clocks
t t 0 M 发一光信号
事件1 事件2
A 接收到闪光
B 接收到闪光
S S
u
A M B
研究的问题
两事件发生的时间间隔
S ?
S
c M 发出的闪光 光速为
在经典力学里,时间和空间是绝对的, 相互独立的。
§6.2 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换式
一.伽利略变换的失效 1) 电磁场方程组不服从伽利略变换 2) 光速C
迈克耳逊-莫雷的 0 结果 3) 高速运动的粒子
二.爱因斯坦的狭义相对论基本假设
1.一切物理规律在任何惯性系中形式相同
--- 相对性原理
第六章 狭义相对论基础
special relativity
§6.1 力学的相对性原理 伽利略变换 §6.2 狭义相对论基本原理
洛伦兹坐标变换 §6.3 狭义相对论的时空观
§6.4 狭义相对论质点动力学
返回 结束
爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人 最伟大的物理学家
主要内容: 狭义相对论的基本假设 同时性的相对性 洛仑兹变换式 运动时钟变慢和长度缩短 洛仑兹速度变换 相对论性质量和动量 相对论性能量 相对论性力和加速度间关系

az az
在两个惯性系中 a a
四.牛顿的相对性原理 Newton Principle of relativity
S F m a
S F m a
F F
mmaa
在牛顿力学中 力与参考系无关 质量与运动无关
宏观低速物体的力学规律 在任何惯性系中形式相同
或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 或 牛顿力学规律是伽利略不变式
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