《相对论简介》PPT课件

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1、第十二章　相对论简介1力学第十二章　相对论简介思考：在牛顿力学中，我们知道，力F对物体做功，可使物体的动能Ek增加。如果此力持续不断地对这个物体做功，则物体的动能会变为∞！可能吗一个科学的假设：一小孩出生后，立即把他30岁的父亲送上高速飞行的宇宙飞船。待小孩40岁时，其父亲返回，其父根据他所带的校准的时钟测出的时间只过了20年，即他年龄是50岁！会吗2力学第十二章　相对论简介爱因斯坦:Einstein二十世纪的哥白尼现代时空的创始人宏观、低速微观、高速3力学第十二章　相对论简介主要内容：狭义相对论的基本假设同时性的相对性洛仑兹变换式运动时钟变慢

2、和长度缩短洛仑兹速度变换相对论性质量和动量相对论性能量相对论性力和加速度间关系4力学第十二章　相对论简介§12.1力学相对性原理和伽利略变换物体的运动位置随时间的变化参考系基本力学定律是否对所有的参考系形式都一样？基本量：长度和时间的测量牛顿力学的回答：在任何惯性系中观察，同一力学现象将按同样的形式发生和演变。一、力学相对性原理牛顿相对性原理、力学相对性原理、伽利略不变性5力学第十二章　相对论简介重要结论：只能确定两个惯性系的相对运动速度，谈论某一惯性系的绝对运动（绝对静止）是没有意义的。绝对空间：长度的量度与参考系无关。绝对时间：时间的量度与

3、参考系无关。牛顿“绝对空间，就其本性而言，与外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的。”“绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。绝对时空观宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同力学相对性原理6力学第十二章　相对论简介二、伽利略变换（GalileanTransformation）在两个惯性系中考察同一物理事件。设惯性系S和相对S运动的惯性系S’，两参考系中的时钟结构完全相同、校好而且是同步的，物体到达P点指示的时间分别为t、t’(两系原点重合时为计时零点）,7力学第十二章　相对论简介由绝对时

4、空观，正变换逆变换伽利略坐标变换分别对三个方向的分量对时间求导，可得（伽利略速度变换）再对时间求导8力学第十二章　相对论简介在牛顿力学中，质点的质量和运动的速度无关，力只跟质点的相对位置或相对运动有关，且都与参考系无关。在S系中，如果那么，在S’系中，　　　　　　　　　　，则即牛顿定律同样成立。牛顿绝对时空观牛顿相对性原理9力学第十二章　相对论简介§12.2爱因斯坦相对性原理和光速不变一、伽利略变换的困难电磁场方程组不服从伽利略变换(对不同的惯性系有不同的形式）。光速C。根据伽利略变换，在两个不同的参考系S、S’中测光速，有而由麦克斯韦电磁场理

5、论10力学第十二章　相对论简介与参考系选取无关，故c应在任何参考系中都相等。1887年，为迈克尔逊-莫莱实验证实。高速运动的粒子。伽利略变换（绝对时空观）不正确？电磁现象的基本规律不符合相对性原理？11力学第十二章　相对论简介1887年，迈克尔逊-莫雷实验如图，由光源S发出波长为λ的光，入射到半透镜片G后，一部分光线反射到平面镜M2，形成光线②，光线②再由镜M2反射回来，透过G到达望远镜T；另一部分光线则透过G，形成光线①，光线①再由镜M1反射到达G，经G反射到达T。假定GM1和GM2的长度均为L，且M1和M2之间不严格垂直，那么，在望远镜的目

6、镜中将看到干涉条纹。实验过程是，将该装置旋转一圈360度。实验结果是，望远镜中没有看到干涉条纹的移动。12力学第十二章　相对论简介意义：①相对于牛顿相对性原理，适用范围从仅适用于力学现象扩展到适用于所有物理现象（包括电磁现象）；②排除了绝对运动（静止）的概念（在任何一个惯性系内，任何物理实验都不能用来确定本参考系的运动速度）。二、爱因斯坦的狭义相对论基本假设1905年，《论动体的电动力学》，爱因斯坦：物理规律对所有的惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的（如“绝对静止”的）惯性系。1爱因斯坦相对性原理13力学第十二章　相对论简介光速不变原理爱因

7、斯坦相对性原理+狭义相对论伽利略变换洛仑兹变换在任何惯性系中，光在真空中的速率都相等。2光速不变原理14力学第十二章　相对论简介狭义相对论在观念上的变革：牛顿力学时间标度长度标度质量的测量与参考系无关速度与参考系有关(相对性)狭义相对论力学光速不变长度时间质量与参考系有关(相对性)15力学第十二章　相对论简介§12.3同时性的相对性和时间延缓爱因斯坦从16岁开始的10年中思考的问题：何为时间？结论：时间的量度是相对的，在不同参考系中先后两事件之间的时间间隔不同。16力学第十二章　相对论简介一、同时性的相对性假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地

8、匀速行驶。车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是两个事件。车上的观察者认为两个事件是同时的。在他看来这很好解释，因为车厢是