狹義相對(duì)論的基本原理.ppt
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SpecialRelativity,第5章狹義相對(duì)論基礎(chǔ),相對(duì)論是關(guān)于時(shí)間、空間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的理論.狹義相對(duì)論(又稱特殊相對(duì)論):不考慮物質(zhì)質(zhì)量對(duì)時(shí)空的影響,是相對(duì)論的特殊情況(1905年).廣義相對(duì)論:考慮物質(zhì)質(zhì)量對(duì)時(shí)空的影響,是關(guān)于引力的理論(1915年).,愛因斯坦的哲學(xué)觀念:自然界應(yīng)當(dāng)是和諧而簡單的.理論特色:出于簡單而歸于深?yuàn)W.,AlbertEinstein(18791955)20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家,于1905年和1915年先后創(chuàng)立了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論,他于1905年提出了光量子假設(shè),為此他于1921年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),他還在量子理論方面具有很多的重要的貢獻(xiàn).,17世紀(jì)以前,物理學(xué)的研究集中于宏觀低速領(lǐng)域。17世紀(jì),經(jīng)典力學(xué)理論體系形成.1719世紀(jì)末,經(jīng)典力學(xué)對(duì)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用,而其自身也得到了極大的發(fā)展。20世紀(jì)初,物理學(xué)開始擴(kuò)展到微觀、高速領(lǐng)域。牛頓力學(xué)在這些領(lǐng)域不再適用尋找以太實(shí)驗(yàn)的0結(jié)果,以及電磁場理論的發(fā)展,得出光速不變的結(jié)論,與伽利略變換相左。要求從根本上變革經(jīng)典力學(xué)中的一些不言自明的基本概念(時(shí)間、質(zhì)量等)。,相對(duì)論的誕生,20世紀(jì)初相對(duì)論和量子力學(xué)的建立實(shí)現(xiàn)了這種變革。相對(duì)論自建立以來,已超百年,經(jīng)歷了大量實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn),至今還沒有發(fā)現(xiàn)什么實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其相違背。,5.1狹義相對(duì)論基本原理狹義相對(duì)論運(yùn)動(dòng)學(xué),一經(jīng)典力學(xué)的理論體系,伽利略變換絕對(duì)時(shí)空觀經(jīng)典相對(duì)性原理牛頓運(yùn)動(dòng)定律,在物質(zhì)低速運(yùn)動(dòng)情況下對(duì)客觀世界的一種近似模寫。,1伽利略(坐標(biāo))變換,設(shè)當(dāng)t=t=0時(shí),兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)OO重合。,b坐標(biāo)變換公式(SS)逆變換公式(SS),a作用:把同一時(shí)刻,同一物體(事件)的坐標(biāo)從一個(gè)坐標(biāo)系變換到另一個(gè)坐標(biāo)系.,伽利略變換是經(jīng)典時(shí)空觀的集中體現(xiàn):,時(shí)間的絕對(duì)性:時(shí)間是均勻的,時(shí)間間隔是絕對(duì)的,空間的絕對(duì)性:空間是各向同性的,長度是絕對(duì)的,即LL.,時(shí)間在一切慣性系中是相同的:t=t,t=t“似乎宇宙間存在著一個(gè)永遠(yuǎn)走動(dòng)的大鐘,在任何情況下,它的速率永遠(yuǎn)都是相同的,世界上的一切運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上都是以它為度量的標(biāo)準(zhǔn)。”,2經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀,時(shí)間和空間是相互獨(dú)立的,彼此之間沒有任何直接聯(lián)系。,王德云:狹義相對(duì)論的建立及其意義,我們?nèi)粘I钤谝粋€(gè)運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀世界里,在這種有局限性的宏觀低速環(huán)境中,直覺經(jīng)驗(yàn)告訴我們,關(guān)于空間間隔和時(shí)間間隔的度量與運(yùn)動(dòng)無關(guān)。,這種時(shí)空觀是怎樣形成的呢?,十七世紀(jì)的物理學(xué)家在建立經(jīng)典力學(xué)的理論體系時(shí),正是基于這種直覺經(jīng)驗(yàn)、以默認(rèn)(實(shí)際上是假定)時(shí)鐘和量尺不受運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響為前提的.,根據(jù)伽利略變換(求一階、二階導(dǎo)數(shù))可得,速度變換:,加速度變換:,在所有作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中,牛頓運(yùn)動(dòng)定律都有同樣的形式。經(jīng)典(伽利略)相對(duì)性原理,牛頓力學(xué)中還假定質(zhì)量也是不變量。所以,即:F=ma=ma=F,這表明:力學(xué)規(guī)律在伽利略變換下是不變的。,3經(jīng)典相對(duì)性原理,二狹義相對(duì)論的基本原理,1)狹義相對(duì)性原理:在所有慣性系中,物理定律都具有相同的數(shù)學(xué)形式.,2)光速不變?cè)恚涸谒袘T性系中,光在真空中的的傳播速度都是c,與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān).,相對(duì)性原理是自然界的普遍規(guī)律.,所有的慣性系都是等價(jià)的.,伽利略變換與狹義相對(duì)論的基本原理不符.,長度的測量和同時(shí)性概念密切相關(guān).,若光源相對(duì)于地以u(píng)運(yùn)動(dòng),則伽氏變換結(jié)果:光速v=u+cc或v=c-uc.,說明同時(shí)具有相對(duì)性,時(shí)間的量度是相對(duì)的.,和光速不變緊密聯(lián)系在一起的是:在某一慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件,在相對(duì)于此慣性系運(yùn)動(dòng)的另一慣性系中觀察,并不一定是同時(shí)發(fā)生的.,三洛侖茲變換,設(shè):時(shí),重合;事件P的時(shí)空坐標(biāo)如圖所示.,相對(duì)論因子,SS,SS,1)與成線性關(guān)系,比例系數(shù).2)時(shí)、空不獨(dú)立,和變換相互交叉.3)時(shí),洛侖茲變換伽利略變換。,2洛侖茲變換特點(diǎn),意義:基本的物理定律在洛侖茲變換下保持不變。這種不變顯示出物理定律對(duì)勻速直線運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性相對(duì)論對(duì)稱性.,一短跑選手,在地球上以10s的時(shí)間跑完100m,在飛行速率為0.98c的飛船中的觀測者看來,他跑了多長時(shí)間和多長距離?,解:,例題1,設(shè)地面為S系,飛船為S系。,例2在慣性系S中,相距x=5106m的兩個(gè)地方發(fā)生兩個(gè)事件,時(shí)間間隔t=10-2s;而在相對(duì)于S系沿x軸正向勻速運(yùn)動(dòng)的S系中觀測到這兩事件卻是同時(shí)發(fā)生的。試求,S系中發(fā)生這兩事件的地點(diǎn)間的距離x。,解:設(shè)S系相對(duì)于S系的速度大小為u。,例題3北京和長沙直線相距1200km,在某一時(shí)刻從兩地同時(shí)向?qū)Ψ斤w出直航班機(jī)?,F(xiàn)有一艘飛船從北京到長沙方向在高空掠過,速率恒為u=0.999c。求宇航員測得:(1)兩班機(jī)發(fā)出的時(shí)間間隔;(2)哪一班機(jī)先啟航?,解:S系:地面,正方向北京長沙S系:飛船,x=1200103m,t=0,u=0.999c,t=?,由洛侖茲變換得,t=t長沙-t北京0,所以長沙先起飛。,1下列幾種說法:(1)所有慣性系對(duì)物理基本規(guī)律都是等價(jià)的。(2)在真空中,光的速度與光的頻率、光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。(3)在任何慣性系中,光在真空中沿任何方向的傳播速度都相同。其中哪些說法是正確的?(A)只有(1)(2)正確。(B)只有(1)(3)正確。(C)只有(2)(3)正確。(D)三種說法都正確。,D,課堂練習(xí),2宇宙飛船相對(duì)于地面以速度v作勻速直線飛行,某一時(shí)刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個(gè)光訊號(hào),經(jīng)過t時(shí)間(飛船上的鐘)后,被尾部的接收器收到,則由此可知飛船的固有長度為(即飛船上的人測量的飛船長度):,A,3兩事件在S系中的時(shí)空坐標(biāo)分別為x1=x0,t1=x0/c和x2=2x0,t2=x0/2c。若兩事件在S系中是同時(shí)發(fā)生的,則S系相對(duì)S系運(yùn)動(dòng)的速率為多少?,4在慣性系S中,有兩事件發(fā)生于同一地點(diǎn),且第二事件比第一事件晚發(fā)生2秒鐘,而在另一慣性系S中,觀測第二事件比第一事件晚發(fā)生3秒鐘,那么在S中發(fā)生兩事件的地點(diǎn)之間的距離是。,根據(jù),已知,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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