大学物理相对论PPT课件
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大学物理教程讲义第十章狭义相对论基础ppt课件
如图10.1所示，设两个惯性参考 系S和S′，在这两个惯性系中分别建 立直角坐标系，取它们的坐标轴对应 平行，然后在两个参考系中分别放置 一钟表用来计时。则在参考系S中的空 间和时间坐标为x,y,z,t，在参考系 S′中的空间和时间坐标为 x′,y′,z′,t′，我们将时空坐标称 为事件，即在某一时刻发生在某一点 的事件。
12
10.2 爱因斯坦的两个基本假设 洛伦兹变换
2.光速不变原理
在所有惯性系中，真空中的光速具有相同的量值。也就 是说，真空中的光速与光源和观测者的运动状态无关。光速 不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔
。也就是说，在自然界中任意物质的传 播速度（或相互作用的传播速度）是不能超过光速的。
6
10.1 伽利略相对性原理 牛顿力学时空观
3.空间间隔的测量是绝对的
7
10.2 爱因斯坦的两个基本假设 洛伦兹变换
10.2.1 狭义相对论的理论与实验基础
1.麦克斯韦方程组与伽利略变换的不相容
19世纪末，麦克斯韦系统总结了前人在电磁学方面的成就，并 加以发展，得出了麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在，并且认 为光就是电磁波，从而用统一的方法描述了电、磁和光的现象。于 是人们就可以利用这些电磁学和光学现象来确定飞船的速度。爱因 斯坦放弃了伽利略变换和以太的概念，在洛伦兹变换和光速不变的 基础上提出了狭义相对论。
8
10.2 爱因斯坦的两个基本假设 洛伦兹变换
2.
是为了测量地球在以太中 的速度而做的一个实验， 是在1887年由迈克尔逊与 莫雷合作，在美国的克利 夫兰进行的。 实验装置 如图10.2所示。
图10.2
9
10.2 爱因斯坦的两个基本假设 洛伦兹变换
相对论ppt课件
星体
宇宙中很可能存在黑洞，它
不辐射电磁波，因此无法直接 观测，但是它的巨大质量和极 小的体积使其附近产生极强的 引力场，引力透镜是探索黑洞 的途径之一．
无
法
黑
星体
观
洞
测
32
时间间隔与引力场有关
引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出 现差别．
对于高速转动的圆盘，除了 转动轴的位置外，各点都在做 加速运动，越是靠近边缘，加 速度越大，方向指向盘心．
3、时间和空间相互独立、互不相关。
4
相对论简黑介体辐两射朵乌云
光速问
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不题断深入，
人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电
磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁
场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了
相对论的出现．
量子力学
相对论
相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规
15
狭义相对论的其他三个结论 下面，我们学习狭义相对论的三个重要结论…
相对论的速度叠加公式 相对论质量 质能方程
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 v
u
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：
地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论， 靠近边缘部位的时间进程较慢．
圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘， 引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢． 33
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。
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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。
最好的大学物理课件_相对论质量和动量运动方程讲解
大学物理
第一节 相对论质量和动量 运动方程
一、相对论质量和动量
P＝mv
m m0
静止粒子质量
m0
1
v2 c2
运动粒子质量
m
m ——相对论性质量
v 为粒子相对某一参照系的速率。
质-速关系图：
m m0
4
物体的质量与其运动状态
有关, m(v)是物体的运动质量， 3
m0 是物体的静止质量；
2
大学物理
光速是物体运动的极限速度。
L
大学物理
相对论动能 A
A
dFm dvr
d
r
v
d dt mv
=
E k 从物体静止开始
Ek
m c2 d m
m0
mc 2 m0c 2
Ek E E0
c2 dm
v v2
dmv
d m mv
d
v
v2 d m mc2vdvv2 d m
c2 dm
m
m0
1 v2
c2
m2 c2 v2 m2c2
是否满足动量守恒和能量守恒的条件。
【解】
设复合粒子质量为M
速度为
V
v m0
由动量守恒和能量守恒（或质量守恒）有
mv mv MV V 0 碰撞前后总能量守恒： 2m c2 Mc2
碰撞过程中损失的能量转换成 复合粒子的静质量——静能增
加
M 2m
2m0 1 v2 / c2
M0
> 2m0
大学物理
E m c2
质量是能量的一种量度
E m c2
质量与能量可以相互转化
对于孤立系统，单独的质量守恒不再成立，代之以广义的能量守恒。
第一节 相对论质量和动量 运动方程
一、相对论质量和动量
P＝mv
m m0
静止粒子质量
m0
1
v2 c2
运动粒子质量
m
m ——相对论性质量
v 为粒子相对某一参照系的速率。
质-速关系图：
m m0
4
物体的质量与其运动状态
有关, m(v)是物体的运动质量， 3
m0 是物体的静止质量；
2
大学物理
光速是物体运动的极限速度。
L
大学物理
相对论动能 A
A
dFm dvr
d
r
v
d dt mv
=
E k 从物体静止开始
Ek
m c2 d m
m0
mc 2 m0c 2
Ek E E0
c2 dm
v v2
dmv
d m mv
d
v
v2 d m mc2vdvv2 d m
c2 dm
m
m0
1 v2
c2
m2 c2 v2 m2c2
是否满足动量守恒和能量守恒的条件。
【解】
设复合粒子质量为M
速度为
V
v m0
由动量守恒和能量守恒（或质量守恒）有
mv mv MV V 0 碰撞前后总能量守恒： 2m c2 Mc2
碰撞过程中损失的能量转换成 复合粒子的静质量——静能增
加
M 2m
2m0 1 v2 / c2
M0
> 2m0
大学物理
E m c2
质量是能量的一种量度
E m c2
质量与能量可以相互转化
对于孤立系统，单独的质量守恒不再成立，代之以广义的能量守恒。
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《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.
大学物理-狭义相对论-相对论性动量和能量
我国于 1958 年建成的首座重水反应堆
我国已 建成的岭澳 核电站
我国在 建的单机容 量最大的田 湾核电站
原子弹核裂变
2 轻核聚变
氘核 氦核 质量亏损
释放能量
轻核聚变条件 温度要达到
有
的动能，足以克服两
力.
时，使 具 之间的库仑排斥
1967年6 月17日，中国 第一颗氢弹爆 炸成功
五 动量与能量的关系
而
，所以光速 C 为物体的极限速度 .
当
时
相对论动量守恒定律
当
时
常矢量
若
，则相对论动量守恒 经典动量守恒 .
常矢量
三 质量与能量的关系
相对论质能关系
静能
：物体静止时所具有的能量 .
质能关系预言：物质的质量就是能量的一种储藏 .
爱因斯坦认为（1905）
懒惰性
惯性 ( inertia )
活泼性
物理意义
惯性质量的增加和能量的增加相联系，质量的 大小应标志着能量的大小，这是相对论的又一极其 重要的推论 .
相对论的质能关系为开创原子能时代提供了理 论基础 , 这是一个具有划时代的意义的理论公式 .
质能关系预言：物质的质量就是能量的一种储藏.
例：
现有 100 座楼，每楼 200 套房，每套房用电功率
能量 ( energy )
物体的懒惰性就 是物体活泼性的度量 .
相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律.
一些微观粒子和轻核的静能量
粒子
符号
光子
电子（或正电子） e（或 +e
质子
）p
中子
n
氘
氚
氦（ 粒子）
静能量 MeV 0 0.510
大学物理狭义相对论基础全部内容ppt课件
c29979214 .25m 8s-1
.
33
▲ 揭示出真空的对称性质：对于光的传播而言， 真空各向同性，所有惯性系彼此等价。
▲ c 是自然界的极限速率
1962年 贝托齐实验
贝托齐实验结果
速率极限：指能量和信息传播速率的极限。
.
34
二.洛仑兹变换
1.坐标变换
S系P x,y,z,t 寻找 对同一客观事件 P，
行星的自转或公转；单摆；晶体振动；分子、原 子能级跃迁辐射……
国际单位：“秒”
与铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应的 辐射周期的9192631700倍（精确度 1012~1013）
校钟操作：
O
A
B
l
l
.
14
由此在一个惯性系中的不同地点建立统一的时间坐标：
y
对不同惯性系
伽利略变换中我们默认了
S系 P x ,y ,z,t
两个惯性系中相应的 坐标值之间的关系。
S系
y
o z
S 系
y
up
o z
当 tt时0 ，
由 o( o发出)光信号，
x 光信号到达 P ：
x
S: P(x, y,z,t)
S: P(x, y,z,t)
.
35
S y S y′
u • P (x, y, z,t)
在 S, S中，
r
r P(x,y,z,t) 真空中光速均为 c
以分子运动为基础的微观理论(统计物理学)
.
4
物理学家感到自豪而满足，两个事例：
在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要 做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据的 小数点后面添加几位有效数字而已。
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。
大学课件-近代物理学-相对论的时空效应
例1: 飞船以9103m/s的速率相对地面飞行。 飞船上的钟走了 5 秒, 问用地面上的钟测 量经过了几秒?
定义事件 固有时 t 5s 运动时=?
t t
5
5.000000002s.
1v2 c2
1
9103 3108
2
低速情况, 时间延缓效应很难发现！
21
练习题
例2 地面上某地先后发生两个事件, 在飞船 A 上观测
l l ' 1v2 c2
32
小结
与时间延缓一样, 长度收缩也是一种相 对效应. 如果S'系中观察者去测量静止于 S系中的尺子, 也会得到尺子的长度缩短 的结果.
测量同一段长度和距离时, 不同参考系 自然会得到不同的结果, 这就是空间测 量的相对性.
长度收缩是一种纵向效应, 即只发生在 相对运动的方向, 而在垂直于相对运动 的方向上长度不因相对运动而改变.
真空中的光速, 是实 际物体速度的上限！
35
练习
例: 长度为5m的飞船, 相对地面的速度为 9103m/s, 在地面测量飞船长度为
l 5 1(9103 / 3108)2 m
4.999999998m
长度收缩效应也很难测出。
注意: 求有关问题时—先确定哪个是运动长, 再 找固有长。
36
提纲 1.2.1 空间和时间的测量 1.2.2 时间延缓 1.2.3 长度收缩 1.2.4 同时性的相对性
t=t2时刻
“光信号到达车头” 时满足:
l 2
ct2
-vt2
42
同时性的相对性
l 2
ct1
vt1
t1
l c
/2 v
l 2
ct2-vt2
2024版相对论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
02Hale Waihona Puke 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。
现代实验技术：原子钟、GPS等
01
原子钟实验
02
GPS定位技术
利用高精度原子钟来测量时间膨胀效应，验证狭义相对论中关于时间 膨胀的预言。
全球定位系统（GPS）需要考虑相对论效应对卫星钟的影响，通过修 正相对论效应来提高定位精度。
挑战问题一：暗物质和暗能量问题
暗物质问题
观测表明宇宙中存在大量不发光、不 与电磁波相互作用的物质，即暗物质。 相对论无法解释暗物质的性质和行为。
深化对自然规律的认识
相对论揭示了时间、空间、物质和能量之间的 内在联系，有助于我们更深入地理解自然规律。
推动科学技术发展
相对论在导航、通信、高能物理等领域有着广泛应用， 学习相对论有助于推动科学技术的进步。
培养创新思维和批判性思 维
学习相对论需要具备创新思维和批判性思维， 这些思维方式对于培养创新型人才具有重要意 义。
工具。
相对论对未来科技发展影响
相对论揭示了物质、空间和时 间的基本性质，为未来科技发 展提供了深刻的理论启示。
基于相对论的引力波探测、黑 洞观测等前沿研究领域将推动 实验技术和观测手段的创新。
相对论在宇宙航行、星际通信 等领域的应用探索将促进未来 空间科技的发展。
05
相对论实验验证及挑战问 题探讨
相对论公开课PPT课件
1
v c
2 2
1
(0.998c)2 c2
• 在这段时间内μ子能飞过的平均路程有： s=cτ=3×108×3.48×10-5=10.44 km.
第14页/共27页
• 例题：对于前面在时钟延缓效应中讨论过的例题， 也可以从相对论的尺缩效应来看这个问题：被μ子 穿越的大气层厚度约是10.44km，但如果以μ子 为惯性参照物，则μ子是静止的，大气层在以 v=0.998c的速度向μ子运动，所以以静止的μ子 测得运动的大气层厚度只有：
第4页/共27页
第5页/共27页
Albert Einstein
1879 –1955
高速世界的两个基本原理
• 爱因斯坦的办法：于1905年写了一篇论文提出了他的想法： • 1、相对性原理：物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。 • 2、光速不变原理：在一切惯性系中，测量到的真空中的光速c都一样。
第26页/共27页
(C)
感谢您的观看！
第27页/共27页
第17页/共27页
相对论的速度叠加公式
u
v
车厢运行速度240000km/s
车外的人看到车上人 相对地面的速度为：
u
u v
1
uv c2
第18页/共27页
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：
4h2 c2 v2
第8页/共27页
t t 1 v 2 c
长度的相对性
l
v
l
车厢运行速度240000km/s
车上的人看到的车厢的长度： l
车外的人看到的车厢的长度： l
大学物理A1 课件 第4章 狭义相对论
x = ax + bt + e t = ct + dx + f
v
o
P x , y , z , t
x x
S系看 x =0点，
设 t = t =0 时,在o=o点 发出一光信号, 在两个参考 代入以上方程组可得 系中测得的光到达某时空 x = a(x vt)（1）点的事件为p和p '
(2) 长度收缩是“测量”结果，不是“视觉”效 应。
例4-2. 静系中子的平均寿命为2.210-6s。 据报导，在一组高能物理实验中，当它 的速度为u=0.9966c时通过的平均距离为 8km。试说明这一现象：(1) 用经典力学 计算与上述结果是否一致；(2) 用时间膨 胀说明；(3) 用尺缩效应说明。
1 v2 c 2
l l0 1 v c
2
2
原长：在相对于观察者静止 l 的参考系中测得的物体长度。 0
长度收缩：运动物体的长度小于原长， l
当
l0
v c l l0
注意：长度收缩只发生在运动的方向上。
结论：
(1) 相对于观察者运动物体沿运动方向长度缩短了— — 长度收缩 (动尺缩短)
事件 1 A M 发生
B
k
事件 2 发生
K’系：1、2 两事件同时发生
K 系1事件先于2 事件发生
结论：“同时性”具有相对性 ——光速不变原理的直接结果
4.2.2 时间延缓
火车系：
S 系
理想实验：爱因斯坦火车 M y
d
o
A'
, t1 ) I(x1
x1
x
, t2 ) II(x1
0
1 2
大学物理力学ppt课件
02
非线性物理力学的研究对象与 方法
03
非线性物理力学的应用领域与 发展趋势
混沌现象与分形几何在物理力学中应用
01
02
03
混沌现象的基本概念与 原理
分形几何在物理力学中 的应用
混沌现象与分形几何在 物理力学中的联系与区
别
量子物理力学发展前沿
量子物理力学的基本概念与原理 量子物理力学的研究对象与方法 量子物理力学的发展前沿与未来趋势
E=mc^2，表示物体的能量与其质量成正比，其中c为光速。
02
能量与质量的等价性
质能方程揭示了能量与质量的等价性，即能量可以转化为质量，质量也
可以转化为能量。
03
核反应中的质量亏损与能量释放
在核反应中，反应前后的质量差乘以光速的平方即为释放的能量。
广义相对论简介
01
等效原理
在局部区域内，无法 区分均匀引力场和加 速参照系中的物理效 应。
感谢观看
02
时空弯曲
物质的存在会导致时 空的弯曲，物体的运 动轨迹受弯曲时空的 影响。
03
引力波
加速运动的物体会辐 射引力波，引力波是 时空弯曲中的涟漪效 应。
04
黑洞与宇宙学
广义相对论预言了黑 洞的存在，并为宇宙 学提供了理论框架。
06
现代物理力学进展与应用
Chapter
非线性物理力学概述
01
非线性物理力学的基本概念与 原理
应用场景
解释飞机升力、喷雾器原理、虹吸现象等。
注意事项
仅适用于不可压缩、无粘性的理想流体，且流动必须是定常的。
黏性现象与斯托克斯定律
01
黏性现象
流体内部由于分子间相互作用而 产生的内摩擦力，表现为流动阻 力。
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：
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：
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解：
l l0
1
u2 c2
＝ 101－ （ 3103/3108)2 9.999999m9995
.
6-3 狭义相对论的时空观
讨论
例3：一根直杆在S系中，其静止长度为l，与x轴的夹角为。试求：
在S'系中的长度和它与x’轴的夹角。两惯性系相对运动速度为u。
解： l l0 1u2 c2
S u
S
xx 1u2 c2lcos 1u2 c2
用洛仑兹变换式导出
t 2
t2
u c2
x2
1 u2 c2
t1
t1
u c2
x1
1 u2 c2
t
t2
t1
t
u c2
1u2
x
c2
若x0 已 知 t0
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。
.
6-3 狭义相对论的时空观
例1：在惯性系S中，观察到两个事件同时发生在x轴上，其间 距是1m，而在S'系中观察这两事件之间的距离是2m。试求：S' 系中这两事件的时间间隔。
vx
1
u2 c2
.
vz
vz
1
u c2
vx
1
u2 c2
前节回顾
四、洛仑兹速度变换 一维洛仑兹速度变换式
v x
vu
1
vu c2
vxv, vy0, vz0 vy 0
vz 0
v u
vx
v u
1 c2
vxv, vy0, vz0 v y 0
. vz 0
6-3 狭义相对论的时空观
一、同时的相对性
t 0
S x1 ,t1
x2,t2
l0 x2x1
1u2 c2 —洛仑兹收缩. 因子
6二.长度的相对性 1、相对效应
S S
l l0 1u2 c2
在S中的
观察者
o
l0
B
oA
在S'中的
观察者
S S u o L
(a )
S
uS o
l0
l0
B
oA
L
B
oA
.
6-3 狭义相对论的时空观
讨论
二.长度的相对性
2、 纵向效应
l l0 1u2 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 1u2 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？
yy
逆变换 SS
x x u t
yy
z z
t
(t
u c2
x)
z z
t
(t
u c2
x)
1
1 2
.
1
1
u2 c2
前节回顾
三、洛仑兹速度变换 正变换
v x
vx u
1
u c2
vx
vy
vy
1
u c2
vx
1
u2 c2
vz
vz
1
u c2
vx
1
u2 c2
逆变换
vx
vx u
1
u c2
v x
vy
vy
1
u c2
解：S系中t=0，x=1m
x
x x
1u2 c2
t
uc 1(xx)2
.
x ut
1 u2 c2
t
u c2
x
1 u2 c2
6-3 狭义相对论的时空观
例1：在惯性系S中，观察到两个事件同时发生在x轴上，其间
距是1m，而在S'系中观察这两事件之间的距离是2m。试求：S'
系中这两事件的时间间隔。
解：S系中t=0，x=1m
固有 一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标
时间 准时钟测量到的时间（原时）。用 表示。
观测 时间
一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标
准时钟测量到的时间（两地时）。用t 表示。
.
6-3 狭义相对论的时空观
S
S
u
弟a. 弟e f
. x
x
0
x
花开事件：(x,t1) S系x处 发 生 两 个 事花件 谢事件：(x, t2 )
第三章
相对论
（第二讲）
.
前节回顾
一、 狭义相对论的两条基本原理
1.相对性原理
所有物理规律在一切惯性系中都具有形式相同。 （所有惯性系都是平权的，在它们之中所有物理规律 都一样。）
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。
.
前节回顾
二、洛仑兹变换
正变换 SS
xxut
x
t
t ux c2
1u2 c2
u c2
x
x 1(xx)2
t
c
x ut
1 u2 c2
t
u c2
x
1 u2 c2
5.77 1 09s
.
uc 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
tt2 t1 （寿命）
在S系中观察者测量花的.寿命是多少？
6-3 狭义相对论的时空观
考察 S 中的一只钟
x0
两事件发生在同一地点
事件1
S 系
(x1,t1)
事件2 (x2,t2 )
两事件同时发生
t1 t2 tt2 t1 0
.
S系
(x1, t1) (x2, t2 )
？ t t2t1
6-3 狭义相对论的时空观
一、同时的相对性 以爱因斯坦火车为例
S' Einstein train S 地面参考系
S S
u A M B
实验装置 在火车上 A、B 分别放置信号接收器
（也称静长或固有长度）。
棒静止在S'系中
l
是
0
静
长
S系测得棒的长度值是什么呢？
动长（测量长度） .
6-3 狭义相对论的时空观
二.长度的相对性
运动的棒变短
事件1：测棒的左端
S S
u
事件2：测棒的右端 由洛仑兹变换
x xut
1u2 c2
l l0 1u2 c2
运动的棒变短
l0
S x1,t1
x2,t2
l x2x1
事件1、事件2 同时发生.
t0
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
S系中的观察者又如何看呢？ S S
事件1 A 接收到闪光
事件2 B 接收到闪光
u A M B
M 处闪光 光速也为 c
A B 随 S 运动
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 .t 0
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
中点 M 放置光信号发生器
tt0 M 发. 一光信号
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
tt0 M发一光信号
事件1 A 接收到闪光
事件2 B 接收到闪光
研究的问题
S S
u A M B
两事件发生的时间间隔
S : t?
S : t?
S c M 发出的闪光 光速为
AMBM A B 同时接收到光信号
o
yylsin
o
l(x )2 (y )2 l(1 co 2 u c s2 2)12
方向 arctanlsin lcos1. u2 c2
6-3 狭义相对论的时空观
三、时间间隔的相对性
运动的钟 变慢
在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间 间隔(同一只钟测量)，与另一系中，在两个地点的这 两个事件的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。