相对论PPT课件

等
力场与一个做
效
匀加速运动的
原
参考系等价
理
广义相对论简介
等效原理和广义相对性原理是广义相对论的 两个基本原理
预言与实验验证: ①引力使光线偏析(日全食的星体视位置偏离) ②引力使空间弯曲(雷达回波延迟) ③引力使时间延缓(引力红移)
广义相对论简介
光 源
a
在一个引力可以忽 半 略的宇宙空间有一艘宇 透 宙飞船在做匀加速直线 明 运动，船上的观察者记 屏 录光的径迹是一条抛物
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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
Biblioteka Baidu
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
3、时间和空间相互独立、互不相关。
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
第六章 相对论
一、伽利略相对性原理
惯性参照系：
牛顿第一、第二定律（见牛顿运动定律）在其中有效 的参照系，简称惯性系。如果s为一惯性参照系，则任何对 于s作匀速直线运动的参照系都是惯性参照系；而对于s作 加速运动的参照系则是非惯性参照系。所有的惯性参照系 都是等效的。 惯性参照系即惯性系。
对于任何惯性参照系 ，力学现象都以同样的 规律进行。即：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。也叫做伽利略相对 性原理。
t
1 (v)2 c
一对孪生子中 的一个进行星际旅 行，另一个则呆在 地球上。作为宇航 员的哥哥乘飞船高 速飞离地球，当他 返回地球时，他比 呆在地球上的弟弟 年纪要小。
孪生子佯谬
狭义相对论结论三 长度的相对性
你为什么对N端读数
早、对M端读数迟呢？
v
M
N 又是谁
错了？
我在同时测量M、 N两点的坐标！
律，而且改变了我们对于时间和空间的认识，它
的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重
要的里程碑．
相对论简介 牛顿力学
适用宏观物体的低速 （与光速相比）运动
研究微观粒子的运动
研究宏观物体的高速 （与光速相比）运动
6
矛盾之二：光速问题
麦克耳孙一莫雷实验
• 1887年的麦克耳 孙--莫雷实验得到 的结果：
• 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
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
以加速上升的电梯为参考
系，我们可以认为乘坐电梯
的人除了受到重力的作用，
还受到一个向下的惯性力，
a
重力和惯性力的合力使人感
受到了超重．
a
G ma
爱因斯坦密封仓实验
线．
假设飞船静止，而在船尾存在一个巨大的物体，在它 的引力场作用下，飞船内的物理过程受到影响．
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
切物理规律
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
相对论质量
微观粒子的速度很高，它的质量明显的大 于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑 相对论效应的影响．
1988年，中国第
一座高能粒子加速
器——北京正负电
子对撞机首次对撞
成功
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质能方程 物体的能量和质量之间存在着某种联系：
物体的能量和质量之 间存在密切的联系，他们 的关系是：
E mc2
狭义相对论结论一 同时的相对性
我看到闪光到达车厢的前 壁和后壁是“同时”的
v
光源
我看到闪光先到达后 壁，后到达前壁
根据光速不变假设，二人说法都是对的。因此， 对不同的观察者来说，“同时”是相对的
狭义相对论结论二 时间间隔的相对性
t1’
t2v t2’t1
t1
t2
t t2 t1
时间间隔的相对性：从地面上观 察，飞船上的时间比地面上慢
二、伽利略速度变换
设车厢对地速率为u，行人对车速率为vˊ向前时：
则人对地的速度为v=u+ vˊ
设车厢对地速率为u，行人对车速率为vˊ向后时：
则人对地的速度为v=u- vˊ
参考系不同，速 率也不同，速率随参 考系的变化关系式称 为伽利略变换公式。
三、经典时空观（绝对时空观）
1、绝对的、真正的、数学的时间 在均匀地、与任何外界事物无关地 流逝着。 2、绝对空间永远相同、不动，与 外界事物无关。
长度的相对性：一条沿自身长度 方向运动的杆，其长度总比静止 时的长度小
l l0
1 (v)2 c
狭义相对论简介
小结
时钟变慢
t
1 (v)2 c
孪生子佯谬
长度缩短
l l0
1 (v)2 c
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
结果会相同吗？
在不同参 考系中观 察物体的 运动情况
非惯性系和惯性系
a a
光滑表面
以车厢为参考系，当列车加速运行时，小球会相 对于车厢加速向后运动．
非惯性系和惯性系
加速运动的 列车是个非 惯性参考系
为了让牛顿定律在 非惯性系中能够成 立，引入惯性力．
Fi m a
光滑表面
广义相对论简介
牛顿第二定律的表达式
爱因斯坦
这就是著名的质能方程 20
狭义相对论的结论
相对论速度 相对论
变换公式
质量
u
u 1
v uv
c
m
m
0
1 v2 c2
质能方程
E = mc 2 Δ E =Δ mc 2
相对论质量是 能量的量度
一定的质量相对 应于一定的能量
非惯性系和惯性系
如果在一个参考系中牛顿定律能够成立，这个参考 系称作惯性参考系，牛顿运动定律不能成立的参考系 则是非惯性参考系．