大学物理课件5狭义相对论.pdf

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1、第5章狭义相对论本章教学基本要求1、搞清相对论时空观与牛顿时空观的本质差别。2、熟练掌握洛仑兹变换公式，并能进行定量计算，理解各种相对论时空效应的物理本质。3、掌握相对论动力学的基本方程及质速关系。4、分清相对论中，总能量、静止能量和动能等概念。5、掌握质能关系和相对论的动量和能量关系2018/3/291第5章狭义相对论相对论包括两部分，一是爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论（惯性系），另一是爱因斯坦在1915年创立的广义相对论（非惯性系），它从根本上改变了牛顿力学中关于时间和空间的概念，建立了新的时空

2、观。2018/3/292第5章狭义相对论§5.1经典力学的困难和狭义相对论的基本原理在所有的惯性系中，描述物体运动的力学定律的形式是一样的么？相对于不同的参考系，长度和时间的测量结果是一样的么？K´pr=r′+RKr´drdr′dRr=+dtdtdtRv=v′+ua=a′2018/3/293第5章狭义相对论一、力学相对性原理力学定律在所有的惯性系中具有相同的形式。力学定律对所有的惯性系都是等价的。不能通过做力学实验来确定一个惯性系的运动。用力学方法找不到绝对静止的参考系。这就是力学的

3、相对性原理。二、牛顿力学时空观------绝对时空观时间间隔与参考系无关。t´-t´=t-t。BABA空间间隔与参考系无关。x´-x´=x-x。BABA2018/3/294第5章狭义相对论设K/系沿公共的X轴相对K系YY′K′系以速度v运动K系(x,y,z)t′=t•Pvt(x′,y′,z′)y′=yOO′z′=z(基本假设)x′XX′x′=x−vtxZZ′伽利略时空变换：x′=x−vty′=yz′=z2018/3/295第5章狭义相对论伽利略速度变换：u′=u−vxxu′y=uyu′=uzz

4、a′=axxa′y=ay⇒a′=a⇒F′=m′a′ma=Fa′=azz2018/3/296第5章狭义相对论三、牛顿力学的困难1、速度合成中的困难光相对惯性系速度c，观察者相对惯性系速度v，则按伽利略速度变换，光相对观察者的速度应为u=c-v。实验表明光速与观察者的速度无关，与光源的速度也无关。2018/3/297第5章狭义相对论2、时间和长度概念的困惑π介子(π+orπ-):静止时测得寿命为26.0ns,在实验室中高速粒子碰撞时产生的π介子v=0.913c,测得其运动了17.4m后消失

5、,由此算出寿命为63.7ns。反之，按π介子静止时的寿命26.0ns,它只能运动7.1m就衰变了。时间膨胀了－－时间变长了。2018/3/298第5章狭义相对论3、能量概念的困惑正负电子湮灭，变成光辐射，按能量守恒无法解释。4、伽利略变换导致“力学的相对性原理不适用于电磁学”1861年Maxwell理论预言了电磁波的存在，并导出电磁波在真空中的传播速度，却没有指明相对哪个参考系。1c=两个常数与物质性质有关，与参考系无关。εµ002018/3/299第5章狭义相对论四、爱因斯坦的两个基本假设1、相对性原理

6、：所有物理规律对所有惯性系都是等价的。所有物理规律在惯性系中都是一样的。2、光速不变原理：在所有惯性系中测量真空中的光速都是相等的。第一条假设推广了力学的相对性原理，否定了“绝对参照系”的存在。第二条假设与实验事实相符，与伽利略变换不相容，表明要用新的变换代替。2018/3/2910第5章狭义相对论§5.2洛仑兹变换YY′K′系K系(x,y,z,t)vt•P(x′,y′,z′,t′)OO′XX′ZZ′具体推导参见书本2018/3/2911第5章狭义相对论x′=x−vtx′+vt′2x=v21−

7、1−v2cc2y′=y=′yyz′=zz=z′t−vx2t′+vx′c2t′=t=cv22v1−21−cc22018/3/2912第5章狭义相对论x−vtx′+vt′x′=x=2v21−v1−2c2ctvxt′+vx′−2c2t′=ct=2v21−v1−2c2c时空坐标统一进行变换。当v<

8、′=x′−x′2121∆t=t−t,∆t′=t′−t′2121∆x−v∆t∆x′+v∆t′∆x′=∆x=22vv1−1−22cc∆t−v∆xtv∆x′c2∆′+2∆t′=∆t=c2v21−v21−cc2解题时先写出不同惯性系中的x,x、t,t及x′,x′、t′,t′,12121212然后直接代入上述公式计算！2018/3/2914第5章狭义相对论【例5.1】v＝0.60c，t´＝5.