资源描述
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,*,第四章、狭义相对论基础,本,课时,教学基本要求,1,、,了解狭义相对论的,两条基本原理,。,2,、,掌握,洛仑兹坐标变换,公式和,相对论速度变换,公式。,3,、,理解,时钟同步的相对性,和,同时的相对性,。,4,、,理解,相对论时空观,掌握,相对论,长度收缩,和相对论,时钟延缓,效应,及其应用。,狭义相对论基础,经典物理,近代物理,相对论力学,建立在相对论时空观基础上的力学理论,牛顿力学,在低速条件下,(,v,c,),相对论力学的近似,狭义相对论,:,讨论匀速运动的惯性系,时空,统一,、,质能,统一,广义相对论,:,讨论任意运动的非惯性系,时空与物质,的统一,4,.1,经典力学的困难,狭义相对论基础,伽利略相对性原理,(1),伽利略变换,惯性系,:,K,、,K,K,K,ut,狭义相对论基础,(2),伽利略相对性原理,伽利略相对性原理,力学定律在所有惯性系中都相同,。,(,不存在绝对惯性系,),力学定律在,伽利略变换,下不变,(3),迈克耳逊莫雷实验,(Michelson,Morly),所有惯性系在,力学,上等价,所有惯性系在,电磁学,上是否等价,?,1862,年,麦克斯韦,(Maxwell),建立统一电磁场理论,光是电磁波,麦克斯韦方程组不满足伽利略相对性原理,。,电磁波在真空中的传播速度,c,，,相对于什么参考系,?,速度迭加,“以太”的漂移,A,点接收到的光速为,B,点接收到的光速为,迈克尔逊-莫雷实验始终得到否定的结论,狭义相对论基础,以太假说,:,以太参考系,(,绝对参考系,),(,以太,假想传播电磁波的弹性介质,充满整个空间,),迈克耳逊莫雷实验,:,(,观察地球相对于以太的绝对运动,),迈克耳逊干涉仪,:,测量光速差,(,相对以太不同方向运动,),若存在光速差,干涉条纹将移动,实验结果,不存在条纹移动,(,宣布实验“,失败,”,),狭义相对论基础,对麦克耳逊莫雷实验结果的可能解释,:,(1),经典力学和经典电磁学正确,修正以太假说。,“,以太拖拽假说,”、“,洛伦兹收缩假说,”,(1892),光行差现象,(2),经典力学正确,麦克斯韦电磁理论及以太假说不完全正确。,“,里兹发射假说,”,(1908,1911),双星实验,(3),经典力学及以太假说都不正确。,爱因斯坦,狭义相对论,(1905),4,.2,狭义相对论基本原理,一、狭义相对论基本原理,1905,年,爱因斯坦,(A.Einstein),提出二条,狭义相对论,的基本假设,:,(1),光速不变原理,:,在所有惯性系中,真空中的光速都相同,(,c,),(2),相对性原理,:,在所有惯性系中,一切,物理定律的形式都相同,光速与光源的运动无关,与伽利略变换矛盾。,不存在特殊参考系,与“以太”概念矛盾。,狭义相对论基础,狭义相对论基础,在时空变换的具体解题时，经常用下列公式：,狭义相对论基础,解：取车厢为,S,系，地面为,S,系,【,例,17】,静止长度为,l,0,车厢，以速度 相对地面行驶，从车厢后壁以速度,u,0,（,相对车）向前射出一粒子，如图所示。求地面上观测者测得粒子从车后壁到车前壁的运动时间和通过的距离。,狭义相对论基础,狭义相对论基础,三、相对论速度变换,狭义相对论基础,变换的特点,狭义相对论基础,4,.3,狭义相对论时空观,(,相对论运动学,),经典,(,绝对,),时空观,相对论时空观,相对论运动学效应,长度收缩,时钟延缓,。,一、同时的相对性,对同时绝对性的批判,成为,Einstein,建立狭义相对论的基本出发点之一,。,狭义相对论基础,u,K系,K,系,A,B,A,狭义相对论基础,A,A,B,B,u,K系,K,系,不同地点时钟同步的相对性,不同地点同时的相时性,同时性的判断,需要同步的时钟,如何校准时钟,?,由于,不存在无限大速度信号,校,准,不同地点,时钟的方法,:,狭义相对论基础,二、长度的相对性,物体沿运动方向的长度比静止时缩短,同时的相对性在长度测量过程中的反映,棒的长度,:,测量,两端坐标来确定,“,测量,”和“,观看,”,的区别,狭义相对论基础,三、时间间隔的相对性,时钟快慢,:,记录,两个事件的时间间隔,相对于本征时,运动的时钟变慢,时间膨胀,狭义相对论基础,理解时钟延缓的关键,:,同时的相对性,u,K系,K,系,A,B,A,K,系,A,u,K,系,A,B,时钟延缓效应,运动系统的时间流逝变慢了,(,与时钟结构无关,),物理过程,化学过程,生命过程,都具有相对论效应,民间有一种说法，天上一天人间一年,乘坐,0.99996247,倍光速宇宙飞船航行,则宇航员的一天,在地球上的人们看来就相当于一年。,为什么我们在乘坐飞机、火车时没有感觉到,时间延缓？因为,速度相对于光速来说太小了,乘,3,倍声速的超音速飞机，一百年后，时间也只延长了,0.015,秒,狭义相对论基础,双生子佯谬,?,产生佯谬的根源,:,地球可近似看作惯性系,飞船不是惯性系。,狭义相对论只适用于惯性系,狭义相对论基础,四、相对论四维时空,(1),四维时空间隔,四维坐标,:,三维空间,x,、,y,、,z,一维时间,ct,(,长度量纲,),闵可夫斯基,(Minkowski),空间,:,(,x,、,y,、,z,、,w=ict,),五、因果事件时间顺序的绝对性,狭义相对论基础,例,4.16,惯性系,K,与,K,的坐标轴互相平行,K,系相对,K,系沿,x,轴正方向作匀速直线运动。在,K,系中的,x,轴上发生两个同时事件,空间间隔,1.0m,。在,K,系中,这两个事件的空间间隔为,2.0m,。,求在,K,系中,这两个事件的时间间隔。,狭义相对论基础,作业：,4-3 4-7,4-13,4-16,4-17,4-18,
展开阅读全文