近代物理学基础优秀PPT

Click to edit Master title style,*,*,*,1900,年英国物理学家,开尔文,展望,20,世纪科学：,-黑体热辐射试验,-迈克耳逊-莫雷试验,“但是，在物理学晴朗天空的远处， 还有两朵小小的令人担忧的乌云”,“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了”,第五章,狭义相对论基础,广义,推广到一般参照系包括引力场在内的理论,（1915年）,相对论：,（,1905年,）,狭义,局限在惯性参照系的理论,5-1,经典力学时空观,一.,力学相对性原理,伽利略变换,对任何惯性系来说，力学现象都遵从同样的规律，即,一切惯性系都是等价的,船走吗?,舟行而不觉也,-西汉尚书纬 考灵曜,伽利略坐标变换式,-时间和空间无关,求导可得速度和加速度的,伽利略变换式,-牛顿定律对伽利略变换不变,二,.,经典力学时空观,确定空间：长度量度与参照系无关,K,系,K,系,时间和空间彼此独立,-,与参照系无关,-确定时空观,确定时间：时间量度与参照系无关,确定质量：物体质量与参照系无关,在此基础上有,三.牛顿力学的困难,光传到乙的时间：,传到乙的时间：,先出球，后击球,-先后颠倒,击前瞬间,击后瞬间,以太系,光,靠“,以太,”,媒质,传播，相对静止的“以太”，光的传播速度各向同性，恒为,c,5-2,狭义相对论的基本原理,洛仑兹变换,一.光速问题,旧时观点：,光为横波,横波在固体介质中传播,“以太”何物？,横波波速,要求,G,(,刚性,),很大，,(,质量,),很小,问题：,试验：测地球相对“以太”的速度,-迈克耳逊-莫雷试验,以太系,以太风,1881年迈克耳逊第一次试验，预期,1887年迈克耳逊和莫雷改进试验，预期,结果：,-“零结果”,1907,年迈克耳逊,因创制了精密的光学仪器而获得诺贝尔物理学奖,二,.,爱因斯坦的两个基本假设,1905,年,爱因斯坦,在,运动物体的电动力学,论文中提出假设：,相对性原理：,物理定律,在一切惯性系中都是相同的,-不存在任何特殊的惯性系,光速不变原理：在全部惯性系中，真空中的光传播的速率都等于c,三,.,洛仑兹变换,t=0：,K,和,K,系,重合,，,原点发一闪光,t秒后：,球面波,依据相对性原理，设,在K系视察0:,-,0,对,K,系的速度,在K系视察0:,即有,(2),与,(1),联立,-,0,对,K,系的速度,洛仑兹变换,洛仑兹逆变换,v,c,时,洛仑兹变换失去意义,-物体的速度以,c,为极限,洛仑兹变换中时间和空间相互联系,讨论：,u,c,时：,-,洛仑兹变换转化为伽利略变换,四,.,相对论的速度变换,同理,例1K系0点发出一闪光，1s后同时被P1和P2点接收。设K系相对K系的运动速度为0.8c (起先时0与0重合)，求P1和P2接受到信号时在K上的时刻和位置,解：,P,1,和,P,2,接受信号时的时空坐标分别为,(c,0,0,1)、 (-c,0,0,1),K,上观察,即,P,1,点在,K,中的,时空坐标为,( ,0,0, ),同理可得,P,2,点在,K,中的,时空坐标为,(-3c,0,0,3),讨论：,-同时,-不同时,-时间间隔、距离长度和同时性等都是相对的,例2在试验室测出，电子A以速度2.9108m/s向右运动，而电子B以速度2.7108m/s向左运动。求A电子相对B电子的速度是多少?,实验室,解：设试验室为K系，电子B为K系,A,相对于,B,的速度即为,A,相对于,K,的速度,一,.,长度收缩,5-3,相对论时空观,固有长度L0：视察者相对于物体静止时所测量的长度,K,系测量,K,系,同时,测得首尾坐标分别为,x,1,和,x,2,:,即,-,长度收缩,例3如图，有一米尺固定在xoy平面内，K系测得该尺与x轴成30o角，K系测得该尺与x轴成45o角。问:K系中的视察者测得尺的长度是多少? K相对于K系的速度是多少?,解：,K,系：,设,K,系测得尺长为,l,尺在,y,方向上得投影长度不变，即,由长度收缩有,解得,二,.,时间膨胀,固有时间t0：在一惯性系中测得的该惯性系同一地点先后发生的两件事务的时间间隔,闪光,第1次,第2次,-时间膨胀,讨论：,由相对运动参照系测得的时间间隔比固有时间长，即事件变化过程的时间间隔变大,相对于视察者动钟比静钟慢（动钟变慢）,光脉冲来回一次，,K,系钟走的时间,K,系,例4一飞船和一彗星相对地面分别以,0.6c,和,0.8c,的速度相向而行,在地面上观测,再有,5s,二者就要相撞,问:(1)飞船上看彗星的速度为多少?(2)从飞船上的钟看再经多少时间二者将相撞?,解：,设地面为,K,系，飞船为,K,系,对飞船，视察到彗星和与彗星相撞是在同一地点发生的两个事务,负号表示沿,x,轴负向,三.“同时”的相对性,设在K系x1、x2处同时发生两件事务,K系视察,事务先后依次：被视察惯性系运动方向后方的那一事务先发生,如：,x2处的事务先发生,探讨：,一惯性系中同时而不同地点发生的事务，在另一惯性系不是同时发生,事务的因果依次是确定的,而,与,同号,-事务的因果依次不变,例5视察者A看到空间距离为4m的两个事务同时发生，视察者B看这两个事务的空间距离为5m，试问:对B来说，这两个事务是否同时发生?时间间隔为多少?两个视察者的相对速度为多大?,解：设视察者A为K系，B为K系，B相对于A以速度 u沿 x 轴运动,解得,5-4,相对论动力学基础,一,.,相对论质量,以全同粒子的完全非弹性碰撞为例,碰前：在K系视察,A,：,B,：,碰后:,由动量守恒定律知,由质量守恒:,由动量守恒:,取“,-,”号,可得,一般,-质量与运动速度相关,讨论：,v,c,时：,v,c,时：,-物体运动速度不能大于,c,2.,动力学方程,二.,动量和动力学方程,1.,动量,三,.,相对论能量,物体在 作用下位移 ，动能的增量,由分部积分法,总能量,E,静能,E,0,动能,讨论：,静能 ：物体内部各粒子的运动及其相互作用的能量,动能 ：物体作为一个整体作机械运动而具有的能量,时：,当,-大部分能量储存在物体的内部,四.质能关系 能量与动量的关系,1.,质能关系,1kg,物体的静质能,1kg,汽油的燃烧值,-质量和能量不行分割,2.,能量与动量的关系,平方后消去,v,可得,相对,论动,量能,量三,角形,五,.,光子,1.,静止质量,m,0,=0,2.,运动质量,3.,动量,例6静质量为,m,o,的粒子具有初速度,v,o,=0.4,c,。(1)若粒子速度增加一倍，则粒子的动量为初动量的几倍? (2)若要使它的末动量等于初动量的,10,倍，则末速度应是初速度的几倍?,解：,初动量,当,有,由,可得,例7两个静止质量都是,m,o,的小球，其中一个静止，另一个以,v,=0.8c,运动。在它们做对心碰撞后粘在一起，求碰后合成小球的静止质量,解：,设碰后合成小球的质量为,M,，速度为,V,由质量守恒有,碰撞前后动量守恒有,