狭义相对论时空观

狭义相对论时空观,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,狭义相对论时空观,狭义相对论的建立经历了几十年的时间，1905年爱因斯坦发表了?论动体的电动力学?宣告了相对论的诞生。,十九世纪末二十世纪初，由于力学、电磁场理论和经典统计物理学的相继建立，不少物理学业家认为物理学的大厦已根本建成，物理理论上的一些原那么问题已经解决，今后的任务就是在规律的公式中的小数点后面加上几位数字就行了，,但是，在物理学晴朗的天空上仍飘浮着两朵乌云：经典力学无法解释迈克尔逊莫雷实验的“零结果和黑体辐射的实验结果。,黑体辐射实验,量子理论诞生,迈克尔逊,莫雷实验,相对论诞生,相对论的诞生，有着深刻的历史背景，表现为：在物理学上，已经在理论上和实验上为相对论的产生提供了可靠的根底和条件；在认识论上，疑心的批判哲学思想是促使相对论产生的主要动因。,在牛顿力学经典力学里，时间、长度和质量这三个根本物理量都被认为与物体的运动状态无关，或者说，与在哪一个参照系中进展测量无关，牛顿的这种时空观称为绝对时空观。这种时空观认为时间和空间是绝对的，时空是彼此独立的。,牛顿和早期的物理学家认为：宇宙中存在着一个绝对静止的参照系，从而有绝对时间、绝对空间等。并认为这个绝对参照系是建立在一种叫做“以太的物质上。即以太就是所谓的绝对参照系。,为了使以太的观点能符合实验规律，人们给以太贯上了很多奇异的性质：以太应该是充满整个宇宙空间，它应具有固体的性质且弹性系数很大但密度又要为零，另外它还必须是完全透明的并且不与任何物质发生相互作用等。,莫克尔逊莫雷实验最初的目的就是想证明“以太的存在，但是实验结果恰与预期的相反，实验结果否认了以太的存在。从而从根本上动摇了静止以太假设，使绝对时空观念遇到了严重的困难。,正是在这种历史背景下，爱因斯坦迈出了决定性的一步，断然否认了绝对时空观和伽利略变换至高无上的地位，并在此根底上创立了相对论。,狭义相对论只讨论以均匀的相对速度高速运动的观察者的观察结果，并假设自然定律对所有观察者来说都完全一样，从而得到时空坐标从一个惯性参考系变换到另一个惯性参考系时所满足的关系。它提醒了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性。,广义相对论那么把狭义相对论从惯性参考系推广到非惯性系，并把引力结合到其中，建立起引力场理论，它进一步提醒时间、空间与物质的统一性，指出时间与空间不可能离开物质而独立存在，空间的构造和性质取决于物质的分布。,爱因斯坦相对论分为狭义相对论和广义相对论。,学习本章的正确态度：1 超越自我认识的局限2自觉摆脱经历的束缚 -以事实为依据,第一节,力学相对性原理伽利略变换,运动的描述是相对的。一般情况下，对所有物理现象的观测和所有物理规律的描述都是相对于某一参照系而言的。,力学相对性原理：对于所有惯性系，力学现象都遵从一样的规律，力学定律都各自有一样的形式。或者说，在研究力学现象时，一切惯性系都是等价的。,一、力学相对性原理,牛顿运动定律的表述形式适用于惯性系。在不同的惯性系里牛顿运动定律的形式都是一样的。在任何惯性系中观察同一力学现象都将按同样的形式发生和演化。因此在研究力学现象时，所有惯性系都是等价的。,在任一惯性系中进展力学实验都将得到同样的结果，我们不能借助于力学实验来发现系统的惯性运动。,同样两点的距离或同样的前后两个事件之间的时间间隔无论在哪个惯性系中测量都是一样的，而且时间和空间是彼此独立、没有任何联系的。,二、经典的时空观,绝对空间是指长度的量度与参照系无关，绝对时间是指时间的量度与参照系无关。,时间是绝对的，空间是绝对的，时间和空间是彼此独立，没有任何联系。从而同时也是绝对的。,三、伽利略变换,从数学上看，力学相对性原理要求：牛顿运动定律以及力学的其它根本定律从一个惯性系换算到另一个惯性系时，数学形式应保持不变。,设有两个相互平动的参照系,S,和,S,/,。在,S,系中建立直角坐标系,oxyz,，在,S,/,系中建立直角坐标系,o,/,x,/,y,/,z,/,。,1.,运动相对性的描述,设质点,P,在空间运动。,t,时刻，,二者关系,1),位矢的相对性,P,点相对于,S,系的位矢为：,相对于,S,/,系的位矢为：,2),位移的相对性,t,时刻：,t+t,时刻：,两式相减，即得,S,系：,S,系：,3),速度及加速度的相对性,速度：,加速度：,相对运动公式：,可代表：位矢,、位移,、速度,、加速度,等。,将,对时间求导，,将速度公式再对时间求导，,可统一表示为：,强调：相对运动公式的获得必须满足长度的测量和时间的测量与时间无关这两个条件。,两个不同参照系对同一事件的描述存在怎样的关系？,2.,伽利略变换,研究的问题,:,在两个惯性系中考察同一物理事件,:,实验室参照系, 相对观察者固定,运动参照系, 相对上述参照系,时两坐标重合,一个参照系静止,- -,S,系，另一个参照系沿,ox,轴以,u,运动,-,S,系，,t时刻，物体在P点(看成一事件,1),伽利略坐标变换,正变换,逆变换,在,S,系看来，该事件的时空坐标为：,速度和加速度为：,在,S,系看来，该事件的时空坐标为：,速度和加速度为：,.,经典时空中长度的量度是绝对的。,如在 S 和 S 系中量度同一物体的长度是一样的。,注意几点：,.,经典时空中时间的量度是绝对的。,在 S 和 S 系中时间量度一样。,由,由坐标变换公式对时间求导,.,绝对同时性。,在,S,系同时发生的两个事件，在,S,系 中也是同时发生的。,2),伽利略速度变换,同理：,正,逆,经典时空中速度满足速度叠加原理。,3),伽利略加速度变换,由速度变换公式对时间求导,不同惯性系下，描写同一质点的加速度一样。,在两个惯性系中,牛顿的相对性原理力学的相对性原理,牛顿力学中：,相互作用是客观的，分析力与参照系无关。,质量的测量与运动无关。,即经典时空中牛顿第二定律适用于任何惯性系。,在惯性系中所有力学规律一样,绝对同时性，,例1、河水自西向东流动，速度为10 km/h,一轮船在水中航行，船相对于河水的航向为北偏西30o,航速为20km/h。此时风向为正西，风速为10km/h。试求在船上观察到的烟囱冒出的烟缕的飘向。设烟离开烟囱后即获得与风一样的速度,解：设水用S；风用F；船用C；岸用D,：,正东，,正西,北偏西,30,o,方向为南偏西,30,o,。,v,cs,v,fc,v,fd,v,sd,v,cd,例2.轮船驾驶舱中的罗盘指示船头指向正北，船速计指出船速为20km/h。假设水流向正东、流速为5 km/h，问船对地的速度是多少？驾驶员需将船头指向何方才能使船向正北航行？,解：以正东为,x,方向，正北为,y,方向建立坐标系,故船对地的速度大小是,:,其方向为北偏东,角,假设要船对地的速度指向正北那么,其方向为北偏西,角,例3、一男孩乘坐一铁路平板车，在平直铁路上匀加速行驶，其加速度为a，当车速为vO时，他沿车前进的斜上方抛出一球，相对车抛出的球速为vO,设抛球时对车的加速度的影响可以忽略，如果使他不必移动他在车中的位置就能接住球，那么抛出的方向与竖直方向的夹角应为多大？,解：抛出后车的位移：,球的位移：,小孩接住球的条件为：,x,1,=x,2,;y=0,两式相比得：,例4、某人骑自行车以速度1m/s向北行驶，感觉风从正西吹来，将速率增加到时，那么感觉风从北偏西方向30吹来。求实际的风速以及风向。,从西南方向吹来,汇报结束,谢谢大家,!,请各位批评指正,