狭义相对论课件.ppt

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1、§15.1经典力学的相对性原理伽利略变换2.经典力学的相对性原理在所有惯性系中，物体运动所遵循的力学规律是相同的，具有相同的数学表达形式。或者说，对于描述力学现象的规律而言，所有惯性系是等价的。运动规律不同，但力学规律相同。经典力学的相对性原理在低速宏观领域是成立的。1第十五章——狭义相对论§15.1经典力学的相对性原理伽利略变换3.伽利略时空坐标变换正变换逆变换伽利略变换式在两个惯性系中分析描述同一物理事件t＝t'＝0时，S,S'系重合。t时刻，物体到达P点P(x,y,z;t)(x',y',z';t')yOzSx(x')O'z'y'S'2第十五章——狭义相对论§15.1

2、经典力学的相对性原理伽利略变换在牛顿力学中4.牛顿运动定律具有伽利略变换的不变性质量与运动无关力与参考系无关3第十五章——狭义相对论§15.1经典力学的相对性原理伽利略变换三.伽利略变换的困难Maxwell电磁场方程组不服从伽利略变换分析：1.不同的惯性系可能是不等价的？2.麦克斯韦方程组不是普遍成立的，具有局限性？3.伽利略变换不成立！1905年，A.Einstein提出伽利略变换、绝对时空观的局限性，首次提出了狭义相对论的两个假设4第十五章——狭义相对论§15.2爱因斯坦的两条原理洛仑兹变换一.爱因斯坦两条原理1.光速不变原理在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有

3、相同的值包括两个意思：光速不随观察者的运动而变化光速不随光源的运动而变化所有惯性系都完全处于平等地位，没有任何理由选某一个参考系，把它置于特殊的地位。2.相对性原理一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式5第十五章——狭义相对论二.洛伦兹变换P(x,y,z;t)(x',y',z';t')OSO'S'正变换§15.2爱因斯坦的两条原理洛仑兹变换6第十五章——狭义相对论§15.2爱因斯坦的两条原理洛仑兹变换逆变换7第十五章——狭义相对论§15.2爱因斯坦的两条原理洛仑兹变换讨论(1)空间测量与时间测量相互影响，相互制约事件1事件2时间间隔空间间隔SS'8第十五章——狭义相对论

4、§15.2爱因斯坦的两条原理洛仑兹变换逆变换可见，两事件的时间间隔、空间间隔，在不同惯性系中观察，结果一般是不同的。这是相对论时空观和绝对时空观的根本区别。9第十五章——狭义相对论§15.2爱因斯坦的两条原理洛仑兹变换(2)变换式中两组时空坐标的关系都是线性的，这是真实事件必须满足的条件。一个事件在两个惯性系中的时空坐标总是一一对应的。(4)一切物体的运动速度都不得超过光速c。(5)根据狭义相对论，时空是有关的，不是独立的。为虚数（洛伦兹变换失去意义）(3)当u<

5、距1000km，北京站的甲火车先于上海站的乙火车1.0×10-3s发车。现有一艘飞船沿从北京到上海的方向从高空掠过，速率恒为u=0.6c。求宇航员参考系中测得的甲乙两列火车发车的时间间隔，哪一列先开?解取地面为S系，和飞船一起运动的参考系为S'系，北京站为坐标原点，北京至上海方向为x轴正方向，依题意有OxS'O'Szy11第十五章——狭义相对论§15.2爱因斯坦的两条原理洛仑兹变换t’<0，说明上海站的乙火车先开，时序颠倒。若北京站的另一列丙火车先于北京站的乙火车1.0×10-3s发车，则宇航员参考系中测得哪一列火车先开？由洛仑兹坐标变换，S'测得甲乙两列火车发车的时间

6、间隔为S系中：12第十五章——狭义相对论§15.3狭义相对论的时空观一.同时性的相对性SS'ccM'A'B'以一个假想汽车为例——汽车——地面参考系A'、B'处分别放置一光信号接收器中点M'处放置一光信号发生器t=t'=0时,M'发出一光信号A'、B'同时接收到光信号1、2两事件同时发生事件1：A'接收到光信号事件2：B'接收到光信号(车上放置一套装置)13第十五章——狭义相对论S'§15.3狭义相对论的时空观ccSBM闪光发生在M处光速仍为cA'、B'处的接收器随S'运动A'比B'早接收到光信号1事件先于2事件发生事件1发生事件2发生A由洛仑兹变换：可给出△t和△t‘的

7、关系14第十五章——狭义相对论§15.3狭义相对论的时空观结论:同时性的相对性是光速不变原理的直接结果。同时性是相对的。同时性的相对性否定了各个惯性系具有统一时间的可能性，否定了牛顿的绝对时空观。(1)在S中同时同地发生的事件，在任何惯性系中测都是同时发生的。(2)在S中同时不同地发生的事件，在S’中是不同时的。(3)在S中不同时不同地发生的事件，在S’中一般是不同时的。15第十五章——狭义相对论§15.3狭义相对论的时空观思考：事件1：子弹出膛子弹在实验室参考系S系中，应先开枪后中靶。在高速运动的参考系S’中，是否能先中靶，