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《高中物理中相对论初步知识归纳总结》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第二讲相对论初步知识相对论是本世纪物理学的最伟大的成就之一，它标志着物理学的重大发展，使一些物理学的基本概念发生了深刻的变革。狭义相对论提出了新的时空观，建立了高速运动物体的力学规律，揭餌了质量和能量的内在联系，构成了近代物理学的两人支柱之一。§2.1狭义相对论基本原理2、1、1、伽利略相对性原理1632年，伽利略发表了《关于两种世界体系的对话》一书，作出了如下概述：相对任何惯性系，力学规律都具有相同的形式，换言之，在描述力学的规律上,一切惯性系都是等价的。这一原理称为伽利略和对性原理，或经典力学的相对性系原理。其中“惯性系”是指凡是牛顿运动定律成立的参
2、照系。2、1、2、狭义相对论的基本原理19世纪中叶，麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁理论，乂称麦克斯韦电磁场方程纽。麦克斯韦电磁理论不但能够解释当时己知的电磁现象,而H预言了电磁波的存在，确认光是波长较短的电磁波，电磁波在真空屮的传播速度为一常数，c=3.OxlO”米/秒，并很快为实验所证实。从麦氏方程组屮解出的光在真空中的传播速度与光源的速度无关。如果光波也和声波一样，是靠一种媒质（以太）传播的，那么光速相对于绝对静止的以太就应该是不变的。科学家们为了寻找以太做了人量的实验，其屮以美国物理学家迈克耳孙和莫雷实验最为著名。这个实验
3、不但没能证明以太的存在，相反却宣判了以太的死刑，证明光速相对于地球是各向同性的。但是这却与经典的运动学理论相矛盾。爱因斯坦分析了物理学的发展，特別是电磁理论，摆脱了绝对时空观的束缚，科学地提出了两条假设，作为狭义相对论的两条基木原理：1、狭义相对论的相对性原理在所有的惯性系屮，物理定律都具有相同的表达形式。这条原理是力学相对性原理的推广，它不仅适川于力学定律，乃至适合电磁学，光学等所有物理定律。狭义相对论的相对性原理表明物理学定律与惯性参照系的选择无关，或者说一切惯性系都是等价的，人们不论在哪个惯性系中做实验，都不能确定该惯性系是静止的，还是在作匀速直线
4、运动。2、光速不变原理在所有的惯性系屮，测得真空中的光速都等于c,与光源的运动无关。迈克耳孙一莫雷实验是光速不变原理的有力的实验证明。事件任何一个现象称为一个事件。物质运动可以看做一连串事件的发展过程，事件可以有各种具体内容，如开始讲演、火车到站、粒子衰变等，但它总是在一定的地点于一定时刻发生，因此我们川四个坐标（厂八乙,t）代表一个事件。间隔设两事件丛）与（兀2』2疋2』2）,我们定义这两事件的间隔为s2=c2（t2一汀-（兀2-兀J?-（y2-y,）2-（z2-zJ2间隔不变性设两事件在某一参考系中的时空坐标为（）与（兀2』2，也）,其间隔为S2=C
5、2（t2-rj2一（尢2-旺）2一（丁2-y）-（S-21）2在另一参考系中观察这两事件的时空坐标为（耳）与（兀2*2,5,。）,其间隔为由光速不变性可得这种关系称为间隔不变性。它表示两事件的间隔不因参考系变换而改变。它是相对论时空观的一个基本关系。2、1、3、相对论的实验基础LtO图2-1-1斐索实验上世纪人们用“以太”理论来解释电磁现彖，认为电磁场是一种充满整个空间的特殊介质——“以太”的运动状态。麦克斯韦方程在相对以太静止的参考系中才精确成立，于是人们捉出地球或其他运动物体是否带着以太运动？斐索实验（1851年）就是测定运动媒质的光速实验。其实验装
6、置如图2—1所示；光市光源厶射出后，经半透镜P分为两束，一束透过P到镜然后反射到M2,再经镜“3到p,其中一部分透过P到1=1镜几另一束由P反射后，经镜耐3、和再回到p时，一部分被反射，亦到目镜几光线传播途中置有水管，整个装置是固定于地球上的，当管中水不流动时，两光束经历的时间相等，因而到达目镜中无位相差。当水管中的水流动时，两束光中一朿顺水流传的流速为-折射率为77,光在水中的速度为no设水完全带动以太，则光顺水的传播速度为cc——VVn,逆水为n若水完全不带动以太，光对装置的速度顺逆水均为斤；若部分被带动，令帯动系数（曳--kv£+加引系数）为乩则顺
7、水为刃，逆水为川，k多少rh实验测定，这时两束光到达廿镜卩的时差为2/2/4lkvk=1_—斐索测量干涉现象的变化，测得n,所以光在介质参考系中的传播速度为C（
8、u=—+1——VCOS&nVnJ式中〃是光线传播方向与介质运动方向间的夹角。现在我们知道，匀速运动介质中的光速可山相对论的速度合成公式求得，设介质（水）相对实验室沿X轴方向以速度v运动，选■「系固定在介质上，在$上观察，介质c中的光速各方向都是n,所以光相对实验室的速度”为+V——Vn-n7由此可知，由相对论的观点，根木不需要"以太”的假说，更谈不到曳引系数To迈克尔孙一莫来实验迈克尔孙一莫来
9、于1887年利川灵敏的T涉仪，企图用光学方法测定地球的绝对运动。实验时先使干涉仪
