近代物理ch02new

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1、第二章狭义相对论时空性质§2.1迈克尔逊－莫雷实验§2.2爱因斯坦相对性原理§2.3时间的相对性§2.4长度的相对性§2.5洛伦兹变换和速度叠加§2.6支持洛伦兹变换的实验§2.7四维时空间隔§2.8闵科夫斯基空间爱因斯坦(Albert．Einstein）——20世纪最伟大的物理学家。1879年3月14日生于德国乌耳姆，1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学。1905年，爱因斯坦在科学史上创造了史无前例的奇迹——建立了狭义相对论，推动了整个物理学理论的革命。狭义相对论涉及力学、电磁学、原子和原子核物理学以及粒子物理学等乃至整个

2、物理学领域，导致了物理学发展史上的一次深刻的变革。狭义相对论关于物质存在方式及其运动形态、时间和空间、实物和场以及质量和能量等一系列基本问题，改变了原有观念，使人类对物质世界的认识发生了巨大的飞跃。引言阿尔伯特．爱因斯坦(Albert．Einstein）爱因斯坦对于科学事业的伟大贡献是多方面的。他不仅仅是相对论的创始人，而且是一位多学科的理论研究家。即使他不是相对论的创始人，他仍然是科学史上最伟大的物理学家之一。他的科学业绩主要包括四个方面：早期对布朗运动的研究；狭义相对论的创建；推动量子力学的发展；建立了广义相对论，开辟了宇

3、宙学的研究途径。1905年创建的狭义相对论和1921年创建的广义相对论是爱因斯坦的最重要的科学研究成果，而1921年的诺贝尔物理学奖则是由于他提出了光的量子概念和发现了光电效应定律而获得的。就爱因斯坦想象力的丰富和概念系统的博大精深而言，在他同时代的科学家中是无与伦比的，他和牛顿的盛名是并驾齐驱的。经典的相对性原理有关相对性的思考？一群大学生说说笑笑，跑来问爱因斯坦，什么叫相对论．他回答说：“你坐在一个漂亮姑娘旁边，坐了两小时，觉得只过了一分钟；如果你紧挨着一个火炉，只坐了一分钟，却觉得象过了两个小时．这就是相对论．”引言相对

4、论的思想基础：对称性观念物理规律不因人（参考系）而异，参考系变换应该是物理定律的对称操作。一切惯性系对物理定律等价——狭义相对论惯性系和非惯性系对物理定律等价——广义相对论引言相对论并不神秘——需要摆脱日常生活（低速领域）经验的束缚，自觉地进行理性思维训练。对称性扩展力学相对性原理狭义相对性原理广义相对性原理引言经典力学：建立在绝对时空观基础上。伽利略变换、力学定理、定律等，在从一个惯性系变换到另一个惯性系时，都保持不变。经典力学与狭义相对论狭义相对论：建立在狭义相对论的两个基本假设基础上。洛伦兹变换、物理学定律等，在从一个惯

5、性系变换到另一个惯性系时，都保持不变。爱因斯坦相对论分为狭义相对论和广义相对论。前者只适用于惯性系，后者则涉及非惯性系。引言以太假说：以太（ether）是传递所有电磁波的弹性介质，它充满整个宇宙。电磁波是以太介质的机械运动状态，带电粒子的振动会引起以太的形变，这种形变以电磁波的形式传播。绝对参考系：相对以太静止的参考系，光的速度在各个方向都是相同的。为了测量地球相对于“以太”的运动,1881年迈克尔逊用他自制的干涉仪进行测量,没有结果.§2-1迈克尔逊－莫雷实验1887年他与莫雷以更高的精度重新做了此类实验,仍得到零结果，即未

6、观测到地球相对“以太”的运动.迈克尔孙干涉仪M1M2M1'G2G1单色光源反射镜2反射镜1半透明镀银层21以太风仪器在SC方向随地球公转，在以太参考系中研究以太-v对（1）光线：设“以太”参考系为S系，实验室为S’系，从S’系看对（2）光线：c-vc-v以太-v设和两束光线的时间差当仪器转动后，引起干涉条纹移动实验的零结果，说明了“以太”本身不存在。该实验被认为是狭义相对论的主要实验支柱之一。实验上一、光速不变原理▲是对实验事实的直接表达§2-2爱因斯坦相对性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

7、动无关。一切物理定律在所有的惯性系中都有相同数学形式。▲是对力学相对性原理的推广▲体现了自然规律的对称性思想所有的物理规律在一切惯性系中都具有相同的形式。二、狭义相对性原理：一、异地对钟设在一惯性系中两点A和B，各放有一个时钟。假设从A向B发射一条光线。依据光速不变原理，如果发光时A钟指在tA，则光线到达B时，把B钟拨到§2-3时间的相对性根据光速不变性，利用光信号校对不同地点的两个钟。则这两个钟就对准了。用这种方法，可以把同一参考系中不同地点的钟都校准，使它们同步。问题：在一个参考系中较准同步的两个钟，在另一个相对于它运动的

8、参考系中看是否还同步？(1)光源和A’B’两个接收器固定于列车上时二、同时的相对性爱因斯坦列车S—在站台上S’—在列车上对S’：A’B’两个接收器同时收到光信号。对S：由于光速不变，A’先收到，B’后收到。对S：由于光速不变，A’先收到，B’后收到。光用的时间为光用的时间为爱