大学物理第6章相对论基础.ppt

2020/5/27,DUT余虹,1,大学物理助学,大连理工大学物理系,PHYH,余虹,2020/5/27,DUT余虹,2,相对论基础,第6章,2020/5/27,DUT余虹,3,6.1牛顿相对性原理和伽利略变换,对于不同的惯性系基本力学定律的形式一样吗？牛顿力学：对于任何惯性系，牛顿定律都成立！,伽利略相对性原理：在一切惯性系中力学定律形式相同。,2020/5/27,DUT余虹,4,牛顿的绝对时空观认为一样。,那么，如何区别“普通时间”与绝对时间？如何从诸多的惯性系中找到“绝对参照系”？牛顿说：“人类无能为力，只有上帝知道！”,绝对时空不能观测，也不能用任何实验证明。但是，它在理解牛顿定律中所起的巨大作用，迫使牛顿引进这一概念。,这是牛顿天才的一个标志！,相对不同的参照系，长度和时间的测量结果都一样吗？,2020/5/27,DUT余虹,5,伽利略变换,变换不同参照系对同一运动的描述之间的数学对应关系。,在两个惯性系中考察同一物理事件：t时刻，物体到达P点,约定,重合时,任意时刻,2020/5/27,DUT余虹,6,伽利略变换,牛顿力学规律（包括动量守恒定律、机械能守恒定律等）在伽利略变换下形式不变（协变、对称）。,2020/5/27,DUT余虹,7,6.2光速,一、迈克耳孙-莫雷实验,绝对参考系中光速各向同性c,沿运动方向,垂直运动方向,理论计算，实验装置旋转90o，干涉条纹将有3/4条纹宽度的移动，应当能观察到，但是，没有“零”的结果！,2020/5/27,DUT余虹,8,2)Maxwell方程组对伽利略变换非协变通过电磁实验可以找到“绝对参照系”,但是实验一直没有找到。,伽利略变换：以u速度运动光源发出的光速不再是c。,1)19世纪成熟的电磁理论表明真空中光速c是常量。,二、伽利略变换的困难,球先动，手后击？,增大L可能实现！,静止球上光信号传到乙处,被击后球上光信号传到乙处。,甲,乙,2020/5/27,DUT余虹,9,6.3S.R.基本假设和洛伦兹变换,1、S.R.相对性原理在一切惯性系中物理定律形式相同。,2、光速不变原理真空中的光速c与光源的运动状态无关。,S.R.：不同的观察者看来，空间、时间必定不一样运动的钟变慢，运动的尺变短；质量随速度而变化，能量的释放带走了质量。,经典力学定律必须修改！,1905,一、S.R.基本假设,2020/5/27,DUT余虹,10,经典,与参考系无关,S.R.,与参考系有关,比较,时空观的革命,2020/5/27,DUT余虹,11,二、洛伦兹变换,u,P,x,ut,x,正变换,反变换,2020/5/27,DUT余虹,12,在S系测：光信号到达A、B的事件同时发生。,在S系测：光信号传播过程中，车又往前开了ut先到A，后到B。,2020/5/27,DUT余虹,13,二、时间膨胀,原时：同一地点的钟所测得时间间隔,原时最短！,2020/5/27,DUT余虹,14,例题：+介子静止时平均寿命（衰变为子与中微子）。用高能加速器把+介子加速到求：+介子平均一生最长行程。,解：按经典理论,实验室测得,相对论考虑时间膨胀,为原时最短,实验室测得运动的+介子平均寿命,算得,2020/5/27,DUT余虹,15,例题：列车以108公里的时速相对地面作匀速运动。地面一事件历时10s，在车上参照系测得此事件历时多久？,解：原时t=10s,太小，不易察觉！,2020/5/27,DUT余虹,16,S,S：往返历时,S：往t1返t2,静长最长！,三、长度收缩,2020/5/27,DUT余虹,17,S,S,静止在S系的几何图形，在S系中讨论其形状,2020/5/27,DUT余虹,18,四、速度变换,P,S：,S：,讨论：vxvx的关系,物体沿x方向运动,2020/5/27,DUT余虹,19,例题：在S系测得光信号速度为c，求在相对S沿x方向以u匀速运动的S系测得光信号的速度。,光信号,S：vx=？,S：vx=c,！,不管u多大，在S系中测得光速仍然是c追赶光是徒劳的！c是一切物质运动的极限速率。,2020/5/27,DUT余虹,20,例题在地面测得两枚静长为20m的火箭A、B以0.9c的速度背向飞行。求：在火箭A上测量火箭B的速度和长度？,解：设地球S系AS系,静长L=20m，在相对速度为9.995c的惯性系中长度,2020/5/27,DUT余虹,21,物体沿任意方向运动,P,？,2020/5/27,DUT余虹,22,1、S逆x轴运动，洛伦兹变换式怎样表示？,2、S沿y轴运动，洛伦兹变换式怎样表示？,2020/5/27,DUT余虹,23,作者余虹,