基础类狭义相对论基础PPT优秀课件

二.牛顿的相对性原理
S Fma
S F m a
Fm a
F m a
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
如：动量守恒定律
S m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 m 0 2 v 20
解： t 为固有时
t
t
1
u2 c2
5
5.00000(s)00
1913 031802
飞船的时间膨胀效应实际上很难测出
若 u = o.998c 飞船上招手用0.4秒
t 20 s 相差50倍！
例2、带正电的 介子是一种不稳定的粒子，当它 静止时，平均寿命为 2.5×10-8s, 之后即衰变成一个 介 子和一个中微子。今产生一束 介子，在实验室测得它 的速率为 u = 0.99c, 并测得它在衰变前通过的平均距离 为52m, 这些测量结果是否一致？
解：若用平均寿命 t = 2.5 ×10-8s 和 u 相乘，得7.4m,与 实验结果不符。考虑相对论的时间膨胀效应， t′是静止
介子的平均寿命，是固有时，当介子运动时，在实
验室测得的平均寿命应是：
t
t
1
u2 c2
＝2.510 8 1.810 7(s) 1(0.9)9 2
实验室测得它通过的平均距离应该是：u Δt = 53m, 与实 验结果符合得很好。
第六章 狭义相对论基础
主要内容： 狭义相对论的基本假设
相对论时空观
洛仑兹变换式 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
§1 力学相对性原理和伽利略变换
在两个惯性系中考察同一物理事件
一.伽利略变换
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
y Sy S
u
r
rP
x
o o
a x
ax
du dt
a y a y
ua x a x 是恒量 a y a y
vz vz
a z a z
a z a z
逆
v x vx u v y vy
ax
a x
du dt
a y a y
两个都 是惯性
vz vz
a z a z
系
a x a x a y a y a z a z
在两个惯性系中 aa
S
m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 m 0 2 v 2 0
三、经典力学时空观：长度和时间的测量与参 照系无关，且相互独立、互不相关。
§2 狭义相对论的基本假设
一.伽利略变换的困难 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
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′
及时钟C ′。M′为反射镜。
d
u
l d
第一事件：闪光从A′发出
第二事件：经发射返回A′
A′ C′
u t
x′ C′
S′系中：
y′
u
M′
x0 t2d c
S系中：
d
l
d
x0
t2l 2 cc
d2 ut 2 2
3） 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)
§3 同时性的相对性时间膨胀
1.同时性的相对性--光速不变原理的直接结果，以爱
因斯坦火车为例说明
S S
S 爱因斯坦火车
uwk.baidu.com
S 地面参考系
A M B
棒速度为u，
A′
B′
x′
x1
x
t1 +t 时刻B′在 x2 = x1 + u t 处。 l x 2 x 1 u t
t 是棒的两端相继通过S系中同一点两事件的时间间隔
S ′系中认为x1点相继通过B′和A′，
t l u
据时间膨胀 t t1 u 2 c 2 l u 1 u 2 c 2
lu tl 1u2c2
§4 长度缩短
讨论沿运动方向的长度测量。强调长度两端的坐标必 须同时测，尤其在相对被测长度运动的参照系中。同 时性是相对的，长度测量必然是相对的。
A′B′固定在 x′轴上，长度为 l0 。求 S 系中的长度l
S系中: t1 时刻B ′过 x1 ,
S S
u
t1 +t 时刻A ′过x1
l0 A′ B′
或： l
l
l l 长度缩短，相对静止时测得的长度称固有
长度 l 其最长。
讨论
1、时间膨胀、长度缩短都是相对效应。
S
S
r x ,y ,z ,tv x ,y ,z ,t
r x ,y ,z ,t v x ,y ,z ,t
a
a
正变换
逆变换
xxut x x u t
yy y y
zz z z
tt t t
y S yS
r
u
rP
o o
xx
r r o o
速度变换与加速度变换
正
vx v x u vy v y
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
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。）
英国物理学家开尔文
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.在任何惯性系中光在真空
中的速度都相同
—— 光速不变原理 讨论
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
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
tt0（ 同步钟） M 发一光信号
tt0M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
S？
A M B M A B 同时接收到光信号
事件1、事件2 同时发生
A′ C′
x′
u t
C′
解之，可得：
2d
（固有时--同
t c
一地点发生的两事
1u2 c2 件时间间隔其最短）
t 即：tt 1u2c2
t t 或：
时间膨胀 如：双生子效应
例1、一飞船以 u = 9×103 m/s 的速率相对与地面匀速 飞行。飞船上的钟走了 5 s, 地面上的钟经过了多少时 间？