第17章-相对论作业解析精选课件PPT
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相对论基础课件PPT
03
麦克斯韦方程组
英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的麦克斯韦方程组是经典物
理学理论的重要组成部分，也为相对论的提出提供了重要的启示。
人物背景
爱因斯坦
相对论的创始人，他通过深入思 考和实验验证，提出了相对论的 基本原理和数学表述，为现代物 理学的发展做出了巨大贡献。
马克斯·普朗克
德国物理学家，他提出的量子假 说为相对论的提出奠定了基础， 也为物理学的发展开辟了新的道 路。
详细描述
根据狭义相对论，当观察者以高速运动时，其测量到的长度会相对于静止观察者来说变短。这是因为 长度并不是绝对的，而是相对于观察者的参考系而言的。这
描述了不同惯性参考系之间的坐标和时 间的变换关系。
VS
详细描述
洛伦兹变换是狭义相对论中的一个基本概 念，它描述了不同惯性参考系之间的坐标 和时间的变换关系。通过洛伦兹变换，我 们可以将一个参考系中的测量结果转换到 另一个参考系中，从而解释了在不同参考 系中观察到的物理现象之间的差异。
04
广义相对论
等效原理
总结词
等效原理是广义相对论的基本原理之一，它 指出在小区域内无法通过任何实验区分均匀 引力场和加速参照系。
详细描述
等效原理认为，在任意小的空间区域内，我 们无法通过任何实验区分均匀引力场和加速 参照系，因为它们产生的物理效应在局部范 围内是相同的。这意味着在任意小区域内， 无法通过任何实验区分均匀引力场和加速参 照系。
对科技的影响
推动了技术革新
01
相对论预言的某些现象，如光电效应等，为技术应用提供了新
的思路和方向，推动了科技的发展。
提高了能源利用效率
02
相对论揭示了质能转化的原理，为核能利用和开发提供了理论
相对论总结和习题ppt课件
则 v 应为：
(A) c/2
(B) 3c/5
(C) 9c/10 (D) 4c/5
t
t0,
5 3
[D]
13.在惯性系中，两个静质量都是 m0 的粒 子，都以速度沿同一直线相向运动并碰撞， 之后合并为一体，则其静止质量为：
(A) 2m0;
(B) 2 m 0 1 (v / c)2;
(C) m 0 2
A(x1, y1, z1,t1), B(x2 , y2 , z2 , t2 ) A(x1' , y1' , z1' , t1' ), B(x2' , y2' , z2' , t2' )
从S系看发生在S’系事件A、B （已知S’系情况）
由 x (x'vt ' ) x1 (x1 'vt1 ' )
解： 由洛仑兹变换
x
x 'vt ' 1 (v / c)2
60 0.6 3 10 8 8 10 8 1 (0.6c / c)2
93(m )
t t'vx ' / c2 1 (v / c)2
8 10 8 0.6 60 / 3 10 8 1 (0.6c / c)2
2.15 10 7 s
8.某核电站年发电量为 100亿度，它等于 36 ×1015J 的能量，如果这是由核材料的全
部静止能转化产生的，则需要消耗的材料 的质量为:
(A) 0.4 Kg .
(B) 0.8 Kg.
(C) 12×107 Kg . (D) (1/12) ×107Kg.
[A]
9 在热核反应过程中，
2 1
H31H42
解：设S ' 相对S 的速度为u
相对论简介课件PPT
时间膨胀是由于观察同一个物理过程 的参照系之间时间测量标准不同所导 致的，与光速不变原理密切相关。
时间膨胀现象
当观察同一个物理过程的参照系之间 相对运动时，时间会变慢，即时间膨 胀现象。
长度收缩现象及解释
长度收缩定义
长度收缩是指观察同一个物体的 长度在运动的参照系中会比静止
的参照系中更短。
长度收缩现象
03 广义相对论主要内容
等效原理及其意义
01
02
03
等效原理的表述
在局部范围内，加速系中 的物理规律与均匀引力场 中的物理规律完全相同。
等效原理的意义
揭示了引力与加速系中惯 性力之间的等效性，为广 义相对论的建立奠定了基 础。
实验验证
通过自由落体实验、扭秤 实验等验证了等效原理的 正确性。
时空弯曲概念与模型
04 相对论在物理学领域应用
粒子物理学中相对论效应
粒子速度接近光速时，时间膨胀 和质量增加的现象变得显著。
相对论提供了描述高速粒子行为 的数学框架，如狄拉克方程等。
在粒子加速器和高能物理实验中， 必须考虑相对论效应对粒子轨迹
和能量的影响。
天文学中恒星演化模型
相对论对于理解恒星内部结构 和演化过程至关重要。
发展新的相对论应用领域
相对论在航空航天、全球定位系统等领域的应用已经取得了显著成效， 未来有望在更多领域发掘相对论的应用潜力。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
原子钟精确计时原理
利用原子能级跃迁时释放的精确频率作为计时标准，同时 考虑相对论效应对原子钟计时精度的影响，确保原子钟的 长期稳定性和准确性。
原子钟的应用
广泛应用于航空航天、通信、导航等领域，提高了时间计 量的准确性和精度。
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 )
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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。
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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
[精]2013高考物理冲刺复习课件：专题十七电磁波-相对论简介(54张ppt)
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电磁波的应用 【典例2】(2009·四川高考关于电磁波，下列说法正确的是
() A.雷达是用X光来测定物体位置的设备 B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调 C.用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出 可见光 D.变化的电场可以产生变化的磁场
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麦克斯韦电磁场理论 【典例1】(2010·天津高考)下列关于电磁波的说法正确的是
() A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B.电磁波在真空和介质中传播速度相同 C.只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
A.同时被照亮
B.A先被照亮
C.C先被照亮
D.无法判断
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【审题视角】解答本题时应注意以下两点： 【关键点】 (1)狭义相对论的两个基本原理； (2)运动的相对性.
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电磁波谱 【典例3】(2010·上海高考)电磁波包含了γ射线、红外线、 紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是( ) A.无线电波、红外线、紫外线、γ射线 B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线 C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波 D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线 【审题视角】明确电磁波谱排列的特点及顺序.
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实验验证与推广
相对论预言得到多次实验验证，并逐步推广到广义相对论和量子力 学等领域。
相对论的基本假设与原理
01
02
03
光速不变原理
无论在何种惯性参考系中， 光在真空中的速度都是不 变的。
相对性原理
物理定律在所有惯性参考 系中都是一样的。
质能等价原理
质量和能量是等价的，可 以相互转化。
相对论的重要意义
相对论ok课件
• 相对论简介 • 狭义相对论 • 广义相对论 • 相对论的应用 • 相对论的未来发展
01
相对论简介
相对论的起源与发展
19世纪末物理学危机
经典物理学无法解释光速不变和米氏-摩雷森实验结果，引发物理 学危机。
洛伦兹变换与相对论的提出
爱因斯坦提出两个基本假设，通过洛伦兹变换推导出时间膨胀和长 度收缩等相对论效应。
黑洞与宇宙大爆炸都是广义相对论的重要预言和研究对象，对于深入理解宇宙的本质和演化 具有重要意义。
广义相对论中的实验验证
广义相对论预言的光线弯曲、引力红移、雷达回波延迟等效 应都得到了实验验证，进一步证实了广义相对论的正确性和 可靠性。
近年来，随着技术的不断进步，科学家们通过更精确的实验 设备和方法对广义相对论进行了更深入的验证，例如利用激 光干涉测量技术测量引力波等。这些实验结果进一步证实了 广义相对论的预言和理论框架的正确性。
狭义相对论中的质能关系
狭义相对论提出了著名的质能关系公式E=mc^2，其中E表示能量，m表示质量，c表示光速。 这个公式表明质量和能量之间存在等价关系，即物体所具有的能量与其质量成正比，且与光 速的平方成正比。这一公式为后来的核能和原子能研究提供了理论基础。
03
广义相对论
相对论预言得到多次实验验证，并逐步推广到广义相对论和量子力 学等领域。
相对论的基本假设与原理
01
02
03
光速不变原理
无论在何种惯性参考系中， 光在真空中的速度都是不 变的。
相对性原理
物理定律在所有惯性参考 系中都是一样的。
质能等价原理
质量和能量是等价的，可 以相互转化。
相对论的重要意义
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• 相对论简介 • 狭义相对论 • 广义相对论 • 相对论的应用 • 相对论的未来发展
01
相对论简介
相对论的起源与发展
19世纪末物理学危机
经典物理学无法解释光速不变和米氏-摩雷森实验结果，引发物理 学危机。
洛伦兹变换与相对论的提出
爱因斯坦提出两个基本假设，通过洛伦兹变换推导出时间膨胀和长 度收缩等相对论效应。
黑洞与宇宙大爆炸都是广义相对论的重要预言和研究对象，对于深入理解宇宙的本质和演化 具有重要意义。
广义相对论中的实验验证
广义相对论预言的光线弯曲、引力红移、雷达回波延迟等效 应都得到了实验验证，进一步证实了广义相对论的正确性和 可靠性。
近年来，随着技术的不断进步，科学家们通过更精确的实验 设备和方法对广义相对论进行了更深入的验证，例如利用激 光干涉测量技术测量引力波等。这些实验结果进一步证实了 广义相对论的预言和理论框架的正确性。
狭义相对论中的质能关系
狭义相对论提出了著名的质能关系公式E=mc^2，其中E表示能量，m表示质量，c表示光速。 这个公式表明质量和能量之间存在等价关系，即物体所具有的能量与其质量成正比，且与光 速的平方成正比。这一公式为后来的核能和原子能研究提供了理论基础。
03
广义相对论
相对论ppt
解：按经典理论 实验室测得
l = v τ 0 = 7 .4 m
l′ = 52m
τ=
τ0
1− β
2
相对论考虑时 间膨胀
τ0
为固有时间
运动的π 运动的π+介子平均寿命：
τ =
可得： 可得：
τ0
1− β 2
=
τ0
1 − 0.99 2
= 1.8 × 10 − 7 s
l ′ = vτ = 53 m 符合狭义相对论
如果满足下列条件: 如果满足下列条件
x′ =
x − ut 1− β 2
ux t− 2 c t′ = 1− β 2
u (t2 − t1 ) − ( x2 − x1 ) = 0 c
′ ′ ∆t′ = t2 −t1 = 0
两事件同时发生
结 论
问 题
在某个惯性系中同时发生的两个事件，在另一相对它运动 在某个惯性系中同时发生的两个事件， 的惯性系中，并不一定同时发生---------------同时的相对性 的惯性系中，并不一定同时发生--------同时的相对性
洛仑兹速度变换式
正变换 逆变换
vx − u v′ = x u 1− 2 vx − c
vy 2 ′= vy 1− β u 1− 2 vx c vz v′ = 1− β 2 z u 1− 2 vx c
v′ + u x vx = u 1 + 2 v′ x c v′ y vy = 1− β 2 v 1+ 2 v′ x c v′ z vz = 1− β 2 u 1+ 2 v′ c x
∆t = t2 − t1
′ ′ ∆t′ = t2 − t1 = ∆t − u x 2 ∆ c 1− β 2
第十七章狭义相对论基础
第52页/共65页
即： m 1/ 1 v2 / c2
或 m k / 1 v2 / c2
令 u=0 时，m=m0，可得：k=m0，由此得： m m0 1 v2 / c2 p mv m0v 1 v2 / c2
第53页/共65页
3.相对论的能量 总能：
E mc2
静能：
E0 m0c2
动能：
Ek mc2 m0c2
第8页/共65页
绝对时空观：
时间：是一种自然的流逝。“绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远 均匀地流逝着，与外界事物无关。”
空间：是一种物质运动的场所。“绝对的空间就其本质而言与外界事物无关， 它从不运动，并且永远不变。”
第9页/共65页
第10页/共65页
1.光的速度与迈克尔逊－莫雷实验
1 ct d 2 1 u2t2
2
4
t 0
S
1u2 / c2
u M
ct / 2
d
C
ut / 2
第20页/共65页
结论：
1）运动的钟变慢：
t 0
1 u2 / c2
2）运动参照系中所有物理过程的节奏都变漫了。
第21页/共65页
第22页/共65页
第23页/共65页
3.长度量度的相对性
S'(尺静止) :
动能（Ek）：
Ek
1 2
mv2
第48页/共65页
1.2 经典动力学的局限性： 局限性：高速运动时不能适用，不满足相对性原 理，即不满足洛仑兹变换下的不变性。
经典动力学的改造： 1）改造物理定律，物理量的定义不变； 2）重修定义相关物理量，物理定律不变。
第49页/共65页
2．相对论的质量与动量
相对论简介-PPT课件
离物质而存在的,是绝对的,空间与时间之间没有任何联系。
相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观):空间和时间都与
物质的运动状态有关。
相对论的时空观更具有普遍性,但是经典物理学作为相对论的特
例,在宏观、低速运动时仍将发挥作用。
17
三、狭义相对论的应用
活动与探究 3
为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢?在
基本上可以忽略。
26
汤姆孙曾自信地宣称:“科学的大厦
4.著名物理学家“开尔文勋爵”威廉·
已经基本完成”,但也承认,“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的
,两朵
乌云”。他指的科学大厦是
。
乌云是
答案:以经典力学、热力学与统计物理学、电磁理论为主要内容的物理
学形成了完整的科学体系 一是黑体辐射,二是光的速度
什么情况下,相对论效应比较明显?
答案:平时生活中物体运动的速度都非常慢,与光速 c 相比均到可
忽略的程度,因此我们觉察不到同时的相对性,相对论的所有效应都不
明显,但在参考系速度接近光速(一般都需 0.9c 以上)时,相对论效应就明
显表现出来了。
在一些要求严格的场所,如 GPS 定位中,要求卫星上时钟的精度非
那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值,而与参考系的选择无关。
相对论时空观:空间的大小、时间流逝的快慢都与物体运动的速度
有关。
15
迁移与应用 2
下面的说法中正确的是(
)
A.因为时间是绝对的,所以我们在不同的参考系中观察到的时间进
程都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察,运动物体的空间距离和时间进程
相对论的时空观(爱因斯坦相对论的相对时空观):空间和时间都与
物质的运动状态有关。
相对论的时空观更具有普遍性,但是经典物理学作为相对论的特
例,在宏观、低速运动时仍将发挥作用。
17
三、狭义相对论的应用
活动与探究 3
为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢?在
基本上可以忽略。
26
汤姆孙曾自信地宣称:“科学的大厦
4.著名物理学家“开尔文勋爵”威廉·
已经基本完成”,但也承认,“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的
,两朵
乌云”。他指的科学大厦是
。
乌云是
答案:以经典力学、热力学与统计物理学、电磁理论为主要内容的物理
学形成了完整的科学体系 一是黑体辐射,二是光的速度
什么情况下,相对论效应比较明显?
答案:平时生活中物体运动的速度都非常慢,与光速 c 相比均到可
忽略的程度,因此我们觉察不到同时的相对性,相对论的所有效应都不
明显,但在参考系速度接近光速(一般都需 0.9c 以上)时,相对论效应就明
显表现出来了。
在一些要求严格的场所,如 GPS 定位中,要求卫星上时钟的精度非
那么空间两点的距离也就有绝对不变的量值,而与参考系的选择无关。
相对论时空观:空间的大小、时间流逝的快慢都与物体运动的速度
有关。
15
迁移与应用 2
下面的说法中正确的是(
)
A.因为时间是绝对的,所以我们在不同的参考系中观察到的时间进
程都是相同的
B.空间与时间之间是没有联系的
C.有物质才有空间和时间
D.在一个确定的参考系中观察,运动物体的空间距离和时间进程
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三、狭义相对论的时空观
1、“同时”的相对
性yBiblioteka yP1 ( x1 , t1 ) ( x1 , t1 )
o
u
P1
o
( x 2 , t 2 ) P2 ( x2 ,t2 )
x x
z
z
由洛仑兹变换有：
t t2 t1
u c2
x
1 2
除非x0 ，否则t 0 ，两件事不是同时发生的。
结论：
在一个惯性系中同时发生的两件事，在其 它的惯性系中不一定是同时发生的,即同时性是 相对的.
（1）经典电子论的创立者----洛仑兹力； （2）洛仑兹变换---推动了相对论的建立； （3）教育家-----无数的科学家是他的学生。
x
x ut
1
u2 c2
y
y
z z
t
t
u c2
x
1
u2 c2
S系 y
P(x, y, z, t)
y
(x, y, z, t)
u
o z
o
x x z
S’系
这就是洛仑兹时空坐标变换式
打开原子核的大门，原子核会分裂； 原子武器和原子能。
总之，这些发现向我们打开了一个全新的世界。
驱散这两朵乌云导致： 相对论的诞生！ 量子论的诞生！
相对论和量子论是现代 科学的两大基石，没有它们， 就没有今天的文明。
§1 力学（伽利略）相对性原理 伽利略变换 §2 狭义相对论 §3 广义相对论简介
伽变换蕴含绝对时空观：时间测量、空间测量与参 考系运动无关，时间和空间也不相联系
二、力学相对性原理
S Fma
S F m a
Fm a
Fm a
力学相对性原理
2018版高考一轮总复习物理课件 第17章 电磁波 相对论简介 17 精品
2．相对论的质速关系
(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度 v
运动时的质量 m 与静止时的质量 m0 之间有如下关系：
m0
m＝
1－vc2 。
(2)物体运动时的质量 m 总要 大于 静止时的质量
m0。
3．相对论质能关系 用 m 表示物体的质量，E 表示它具有的能量，则爱因 斯坦质能方程为：E＝ mc2 。 该式表明，物体的能量与质量之间成简单的正比关系。
解析 麦克斯韦预言电磁波存在，赫兹用实验证实了电 磁波的存在，故 A 错误；电磁波能发生干涉、衍射现象和 多普勒效应，而只有横波才能发生偏振现象，所以电磁波是 横波能发生偏振现象，故 B 错误；X 射线是一种波长比紫 外线短的电磁波，故穿透能力强，医学上可检查人体内病变 和骨骼情况，故 C 正确；红外线的显著作用是热作用，一 切物体均能发出红外线，故 D 错误。
2．[2016·宜宾二诊]下列关于电磁波的说法正确的是 ()
A．麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波，并用实验证 实了电磁波的存在
B．电磁波能发生干涉、衍射现象和多普勒效应，但不 能发生偏振现象
C．X 射线是一种波长比紫外线短的电磁波，医学上可 检查人体内病变和骨骼情况
D．红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能 辐射红外线
(3)不同的电磁波，产生的机理不同，无线电波是振荡 电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、 紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；X 射线是原 子的内层电子受到激发后产生的；γ 射线是原子核受到激发 后产生的。
(4)电磁波的能量随频率的增大而增大。
1．[2016·扬州模拟]下面关于电磁波的说法中正确的是 ()
空中不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速)。
相对论简介精品PPT课件
如上例中的 X 轴方向上。在Y 轴方向上 无长度缩短效应
结论
一条沿自身长度方向运动的杆，
其长度总比杆静止时的长度小
斐克小伙剑术精， 出刺迅捷如流星， 由于空间收缩性， －1－1所示，假设一根10 m长的梭镖以接近光速的速 度穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量 的．以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是( D )
15.3 狭义相对论的其他结论
一、相对论的速度变换公式
v
u
车对地的速度为v，人对车的速度为u/
地面上的人看到车上 人相对地面的速度为：
u
u v
1
u v c2
u
u v
1
u v c2
如果车上人运动方向与火车运动方向相 反，则u/取负值
二、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？
于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
h
与事件相对静止的 观察者测得
对于车厢内的人：
t0
2h c
对于车厢外的人： t
与事件相对运动
的观察者测得:
4h2 c2 v2
t t0 1 v 2 c
相对速度与动钟延缓效应 (τ =1s）
• V（米/秒） • 0.1c=3×107 • 0.5c • 0.8c • 0.9c • 0.99c • 0.999c • 0.9998c
• T(秒) • 1.01 • 1.15 • 1.67 • 2.29 • 7.1 • 22.4 • 50
“动钟延缓效应”：相对运动的钟变慢
1．如图15－1－2所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着 A、B、C三个时钟，下列说法正确的是( C)
结论
一条沿自身长度方向运动的杆，
其长度总比杆静止时的长度小
斐克小伙剑术精， 出刺迅捷如流星， 由于空间收缩性， －1－1所示，假设一根10 m长的梭镖以接近光速的速 度穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量 的．以下叙述中最好的描述了梭镖穿过管子的情况的是( D )
15.3 狭义相对论的其他结论
一、相对论的速度变换公式
v
u
车对地的速度为v，人对车的速度为u/
地面上的人看到车上 人相对地面的速度为：
u
u v
1
u v c2
u
u v
1
u v c2
如果车上人运动方向与火车运动方向相 反，则u/取负值
二、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？
于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
h
与事件相对静止的 观察者测得
对于车厢内的人：
t0
2h c
对于车厢外的人： t
与事件相对运动
的观察者测得:
4h2 c2 v2
t t0 1 v 2 c
相对速度与动钟延缓效应 (τ =1s）
• V（米/秒） • 0.1c=3×107 • 0.5c • 0.8c • 0.9c • 0.99c • 0.999c • 0.9998c
• T(秒) • 1.01 • 1.15 • 1.67 • 2.29 • 7.1 • 22.4 • 50
“动钟延缓效应”：相对运动的钟变慢
1．如图15－1－2所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着 A、B、C三个时钟，下列说法正确的是( C)
大学物理课件-相对论
u 是恒量
ay ay az az
ax ax ay ay az az
a' a
請大家自己寫出速度、加速度的逆變換式
四. 牛頓運動定律具有伽利略變換的不變性
S S
m
a
m a
F F
FF mmaa
在牛頓力學中 • 力與參考系無關 • 品質與運動無關
對於不同的慣性系，一切力學定律經伽利略變換形式相同
不是c， 而是和地球的運動速度和方向有關:
c
c
u
u
(c u)
(c u)
實驗原理：光的干涉。通過觀測干涉條紋的移動來測量 光速、精度很高。
實驗精度可達0.01個條紋移動，按推測應該出現0.4個條紋移動.
實驗結果：沒有看到預期的條紋移動（零結果）。
1
有一部分人不相信邁克爾孫——莫雷實驗實驗的真實性， 繼續改進實驗設備作實驗。而且春天作了夏天作，秋天 作了冬天作；平地作了高山作…實驗精度越來越高，能 作實驗的人越來越多，乃至幾乎每個大學都能作，但結 果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關。
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近代物理基礎
• 19世纪之前物理学的伟大成就
牛 頓 力學 麥克斯韋電磁場理論
熱力學與經典統計理論 力、電、光、聲----等都遵循的 規律---能量轉化與守恆定律
19世紀後期，經典物理學的三大理論體系使經典物理學 已趨於成熟。
當時許多物理學家都沉醉於這些成績和勝利之中。他們 認為物理學已經發展到頭了。
近代物理學的兩大支 柱，逐步建立了新的 物理理論。
強調 近代物理不是對經典理論的補充，而是全新的理論。 近代物理不是對經典理論的簡單否定。
一首聞名的詩
自然和自然規律 隱藏在黑夜之中，
ay ay az az
ax ax ay ay az az
a' a
請大家自己寫出速度、加速度的逆變換式
四. 牛頓運動定律具有伽利略變換的不變性
S S
m
a
m a
F F
FF mmaa
在牛頓力學中 • 力與參考系無關 • 品質與運動無關
對於不同的慣性系，一切力學定律經伽利略變換形式相同
不是c， 而是和地球的運動速度和方向有關:
c
c
u
u
(c u)
(c u)
實驗原理：光的干涉。通過觀測干涉條紋的移動來測量 光速、精度很高。
實驗精度可達0.01個條紋移動，按推測應該出現0.4個條紋移動.
實驗結果：沒有看到預期的條紋移動（零結果）。
1
有一部分人不相信邁克爾孫——莫雷實驗實驗的真實性， 繼續改進實驗設備作實驗。而且春天作了夏天作，秋天 作了冬天作；平地作了高山作…實驗精度越來越高，能 作實驗的人越來越多，乃至幾乎每個大學都能作，但結 果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關。
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近代物理基礎
• 19世纪之前物理学的伟大成就
牛 頓 力學 麥克斯韋電磁場理論
熱力學與經典統計理論 力、電、光、聲----等都遵循的 規律---能量轉化與守恆定律
19世紀後期，經典物理學的三大理論體系使經典物理學 已趨於成熟。
當時許多物理學家都沉醉於這些成績和勝利之中。他們 認為物理學已經發展到頭了。
近代物理學的兩大支 柱，逐步建立了新的 物理理論。
強調 近代物理不是對經典理論的補充，而是全新的理論。 近代物理不是對經典理論的簡單否定。
一首聞名的詩
自然和自然規律 隱藏在黑夜之中，
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
相对论PPT
• 在相对论之前，物理学中承认两条极重要的守恒 定律，一条是能量守恒定律，一条是质量守恒定 律，两条基本定律似乎彼此独立。但通过相对论 它们便可结合成一条定律，质量和能量可以变成 互换的项目。一个物体如果放射出能量就会损失 质量，如果接受能量就会增加质量，当一物体加 快运动时，它的能量和质量都会增加，在光速的 情况下，它的质量将变成无穷大。这个质量与能 量的关系可以通过数学上推导，写成一个表达式： E=mc^2 (E为能量，m为质量，c为光速）。
• 建立狭义相对论后，爱因斯坦看到了这个 理论的局限性，因为它把相对性原理限制 在两个做相对匀速运动的惯性系里。它否 定了静止的以太阳作为特殊的坐标系是一 大进步，但实际上还没有真正解决经典力 学中的古老难题。
广义相对论的出现
• 早在200年前，伽利略就发现，所有的惯性系， 对于表述力学定律都是同样有效的，平等的，不 存在任何特殊的惯性系，这就是说，任何力学实 验都无法辨别惯性系本身的运动状态。这种运动 的相对性，在古典力学中普遍存在，但在麦克思 韦电动力学中不能成立，因为它只适用于静止的 坐标系。经典力学是无法回到惯性系在物理学中 的优越性的，因此爱因斯坦意识到要进一步探明 这个问题，就必须扩大相对性原理的应用范围。 他将自己的研究领域从惯性系拓展到了非惯性系
• 广义相对论把几何学与物理学统一起来， 用空间结构的几何性质来表述引力场。它 同牛顿的引力论有本质的不同，但在日常 人们接触到的现象中却分辨不出两者结果 的差异。爱因斯坦提供了三个可供实验验 证的推论。第一是水星轨道近日点的进动。 第二，光线在引力场中的偏转。第三，在 强引力场中，时钟要走得慢些，因此从巨 大质量的星体表面射到地球上的光的谱线， 必定显得要向光谱的红端移动。这在1925 年得到观测验证。
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C. =45o
D. 若u沿x’轴正向，则＞45o;
若u沿x’轴负向，则<45o
2021/3/2
5
6. 一火箭的固有长度为L，相对于地面作匀速直 线运动的速度为 v1，火箭上有一个人从火箭的后 端向火箭前端上的一个靶子发射一颗相对于火箭 的速度为v2 的子弹，在火箭上测得子弹从射出到 击中靶的时间是 ( )
S S’
2021/3/2
A、两个惯性系相对低速运动 B、两个惯性系相对高速运动 C、任意两个惯性系之间 D、惯性系与非惯性系之间
2021/3/2
3
4.（1）对某观察者来说，发生在某惯性系中同一 地点，同一时刻的两个事件，对于相对该惯性系 作匀速直线运动的其他惯性系中的观察者来说， 它们是否同时发生？ （2）在某惯性系中发生于同一时刻，不同地点的 两个事件，它们在其他惯性系是否同时发生？ 关于上述两个问题的正确答案是：（ ）
惯性系K’沿池一边以0.6c的速度相对K系运动时
，在K’系中测得游泳池的面积为（
）．
A、a2 B、0.6a2 C、0.8a2 D、a2/0.8
2021/3/2
7
9.设某微粒子的总能量是它的静止能量K倍，则
其运动速度的大小为（c～表示真空中的光速）
c A. K 1
B. c 1 K 2 k
C. c K 2 1
L A. v1 v2
L B. v 2
L
C.
v2 v1
D.
L
v1 1(v1/c)2
2021/3/2
6
7、粒子在加速器中被加速到动能为其静止 能量的4倍时，其质量m与静止质量m0的关系为
A、m=4m0; C、m=6m0;
B、m=5m0; D、 m=8m0.
8、边长为a的正方形游泳池静止于K惯性系，当
2.有一速度为的宇宙飞船沿轴正方向飞行,飞 船头尾各有一个脉冲光源在工作，处于船尾 的观察者测得船头光源发出得光脉冲的传播
速度大小为 c ,处于船头的观察者测得船 尾光源发出得光脉冲的传播速度大小为 c 。
2021/3/2
9
3.在S系中一次爆炸发生在坐标(x，y，z，t) 为(6，0,0,10-8)处，S’系相对S系以0.8c的速
度沿x轴正向运动，在t=t’=0时两参考系的 原点重合，求S’中测得该爆炸的坐标 _(_6_,0_,_0_,-_1_0_-_8)__。
x ( x ut )
y
y
z z
( 17.8 )
2021/3/2
t ( t
u c2
x)
10
4.在一个惯性系中两个事件同时发生在距离 x的两地，在以速度与此惯性系作相对运 动的另一惯性系中测得这两个事件的时间差 为______________
D、 (1),(2),(3)
1
2.设S’系相对S系以匀速u运动，两系原点o’、o重 合时，在原点处发出一光脉冲，则两坐标系观测 到的波面形状分别是（ ）
A、S系为球面，S’系为椭球面 B、 S系为椭球面，S’系为球面
C、 两系均观测到球面
D、 两系均观测到椭球面
2021/3/2
2
3.狭义相对论中“洛仑兹变换”式的适用条 件是( )
10.一体积为V0，质量为m0的立方体沿 其一棱的方向相对于观察者A以速度
运动，观察者A测得其体积是 ，密
度是
。
v2 V0 1 c2
2021/3/2
m0 1
V0
1
v2 c2
14
(三)计算题
1.S’系中有一静止时各边长为a正方形面板，今 使面板沿其对角线方向匀速运动，速度大小为 。试给出S系中面板的正确形状及各边长度和面 积。
t '
(t
u c2
x) －
u c2
x
c2
ux 1- (u )2பைடு நூலகம்
c
2021/3/2
11
(二)填空题
5. 两只相对运动的标准时钟A和B，从A 所在的所在惯性系观察，走得快得是 A ，从B所在的所在惯性系观察，走得 快得是 B 。
6. 最强宇宙射线具有50J的能量，如果这
一射线是由一个质子形成的，这样一个质
K
D. c K (K 2)
K 1
10.根据相对论力学，动能为1/4Mev的电子(电子
的能量 m0c 2 0.5Mev
),其运动速度约等于
A. 0.1c; C. 0.75c;
B.0.5c; D. 0.8c.
2021/3/2
8
(二)填空题
1.迈克耳逊—莫雷实验通过测量 地球相对以太的速度 否定了 绝对参考系 的存在。
狭义相对论
(一)选择题
1、下列几种说法 (1) 所有惯性系对物理基本规律都是等价的。 (2) 真空中光的速度与光的频率、光源的运动
无关。 （3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向 的传播速度都相同。 其中哪些说法是正确的？
A、(1),(2)
B、 (1),(3)
C、 2021/3/2 (2),(3)
解：S系中看S’系面板水平 S S’ 方向对角线长度变为
2
lx a
2
1 c2
S系中看S’系面板垂直方向
对角线长度不变仍为
l y a 2
2021/3/2
15
S系中看S’系面板为菱形，边长为 a'
l
2 x
l
2 y
a
2
2
442
c2
面积为
S 4 1 lx ly lxly a2
2
1
22 2 2
c2
子的速率和光速差为 1.35*10-15 m/s。
50M2c M m0
2
m 200 21 /3/21.6* 71-2 0k 7 g1 - c2
(m 0c3)2c2-22 c(c)
50 12
7.设电子静止质量为me，将一个电子从 静 止 加 速 到 速 率 为 0.6c （ c 为 真 空 中 光
速），需作功_______.
m me
A
Ek
mc 2
mec2
1 4
mec2
1
v2 c2
8.质子的静止质量是me，其动能和它的静
止能量相等．则它的动量______.
Ek = mc 2 - mec 2 = mec 2 E 2 = E02 + P 2c 2 ⇒P = 3mec
2021/3/2
13
9.频率为n的光子的能量为__h_v__,质量为 _h__v_/_c_2_，动量为__h_v_/_c_，动能为_h_v___.
A.（1）同时,（2）不同时。 B.（1）不同时,（2）同时 C.（1）同时,（2）同时。 D.（1）不同时,（2）不同时
2021/3/2
4
5.一刚性直尺固定在K’系中，它与x’轴正
向夹角＝45o，在相对K’系以速u沿x’轴作
匀速直线运动的K系中，测得该尺与x轴正
向夹角为（
）．
A. >45o
B. <45o