相对论讲义一(精品)

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,*,一 惯性参考系,惯性系,:,牛顿定律成立的参考系。,非惯性系,:,相对于惯性系作加速运动的参考系。,在研究地面上物体的运动时，地球可近似地看成,是惯性参考系,一切相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系。,牛顿定律不成立的参考系。,二、牛顿的绝对时空观,长度的量度和时间的量度,都与参考系无关！？,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。,绝对的空间，就其本性而言，是与任何外界事物无关而永远相同和不动的。,绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地与任何外界事物无关地流逝着。,牛顿,三、伽利略变换,在两个惯性系中考察同一物理事件,两个惯性系：,一物理事件：质点到达,P,点,两个惯性系的描述分别为：,两个描述的关系称为,变换,坐标原点重合。,逆变换,正变换,伽利略变换中默认了绝对时空,速度变换：,加速度变换：,经典力学规律具有伽利略变换不变性：,不同惯性系描写同一质点的加速度相同。,四、伽利略变换的疑难,因果律问题,事件,1,：举枪瞄准,事件,2,发生 在,0.2 s,后：,子弹出膛 速度,0.5,c,人在,45,万公里远处观察：,事件,2,比 事件,1,早,0.3 s,发生！？,机械波的传播需要媒质，当时物理学家们认为光波的传播也需要一种媒质,-,以太,。,迈克尔逊为证明以太的存在,-,迈克尔逊,莫雷实验,若以太存在，以太中光速一定，但地球在,以太中运动，对地球上的观察者来说，不,同方向的光速应不同，实验中两束光的传,播应有时间差。,实验结果是否定的！,0,！,地球相于与以太的速度为零？不可思议！,以太是多余的！,光线不服从经典的速度合成律，,光速不变！,“,我的实验竟然对相对论这个怪物的诞生起了作用，我对此感到十分遗憾。,”,光线不服从经典的速度合成律,光速不变！,结论：,.,以太不存在，光的传播不需任何媒质，可在 真空中传播，以太不能作绝对参照系。,.,地球上各方向光速相同，与地球运动状态无关。,设光源固定在地上，,在地上测得光速为,c,在匀速直线运动的小车上测得光速也是,c,！,五、狭义相对论的基本假设,实验结果说明，在所有惯性系中，真空中的光速恒为,c,，伽利略变换以及导致伽利略变换的牛顿绝对时空观有问题，必须寻找新的变换，建立新的时空观。,狭义相对性原理：,一切物理定律在所有的惯性系中具有相同的数学形式。,2.,光速不变原理：,在所有的惯性系中,真空中的光速恒为,c,，,与光源或观察者的运动无关。,说明同时具有相对性，时间的量度是相对的,.,和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中同时发生的两个事件，在相对于此,惯性系,运动的另一惯性系中观察，并不一定是同时发生的,.,长度的测量是和同时性概念密切相关,.,五、,洛伦兹变换,在两个惯性系中考察同一物理事件,两个惯性系：,一物理事件：质点到达,P,点,两个惯性系的描述分别为：,坐标原点重合。,*当速度远远小于,c,时，过渡到伽利略变换。,*两参考系的相对速度不可能等于或大于光速。,*时间坐标与空间坐标相关连。,*物理定律应在洛伦兹变换下保持不变。,洛伦兹变换反映了相对论的时空观,S,系中两个事件：,系：,不同地点但同时,的两个事件在另一系中,不同时。,同一地点、同时,的两个事件在另一系中也,同时。,同地点但不同时,的两个事件在另一系中,不同时。,在,S,系中测量 系中的棒长，应：,例,1,、,在惯性系,S,中，有两事件同时发生在,x,轴上相距,1.0,10,3,m,处，从,S,观察到这两事件相距,2.0,10,3,m,。,试问,在,S,系测得此两事件的时间间隔为多少？,解：,解：,例,2,、,一长为,1m,的棒，相对于,S,系静止并与,x,轴夹,=,45,。问：在,S,系的观察者来看，此棒的长度以及它与,x,轴的夹角为多少？（已知 ）,例,3,.,一固有长度为,L,0,=,90 m,的飞船，沿船长方向相对地球以,v,=,0.80,c,的速度在一观测站的上空飞过，该站测的飞船长度及船身通过观测站的时间间隔各是多少？船中宇航员测前述时间间隔又是多少？,例,4,.,宇宙飞船相对于地面以速度,v,作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过,D,t,（,飞船上的钟）时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为：,A,例,5,：,边长为,a,的正方形薄板静止于惯性系,S,的,xoy,平面内，且两边分别与,x,、,y,轴平行,，,今有惯性系,S,以,0.8c,的速度相对于,S,系沿,x,轴作匀速直线运动，则从,S,系,测得的薄板面积为多少？,解：,在,S,系，正方形的面积为：,这里测出的长度,a,是原长，,对于,S,系，正方形的,x,边以（,-,0.8c,）,的,速度沿,x,轴负向运动，因此，它观察到的长度应变短，,