狭义相对论简介.ppt

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1、狭义相对论简介编者：钱源海2004.06.09引言五年来我们学习的物理，绝大部分属于经典物理的范畴。19、20世纪之交，反映物体低速运动规律的经典力学理论，在电磁现象的研究中遇到了根本性困难。许多物理学家为此进行了大量的实验和理论工作，最后建立了狭义相对论，其代表人物是爱因斯坦。一、两个问题1、同一事物，为什么观察起来不同？山上牧童——很小同一头牛山下牧童——很大车上人看——竖直向下运动匀速运动的火车上的自由落体运动地上人看——平抛运动这些相对性来源于所选的参照系不同2、什么是时间、空间？我今天早上八点钟在家里读书。时间空间牛顿的绝对

2、时空观：哈尔滨（1）飞机：哈——北京1小时飞行员一样“同时”—绝对北京牛顿的观点：绝对的、真正的及数学的时间，是自身在那里均匀地流逝着，跟任何物质的运动和观察者的运动状态无关。(2)一本书：长L=21cm测得数值一样！—长度——绝对牛顿的观点：就其本性而言，是和外界任何事物无关而永远是相同和不动的，这里的“绝对”主要是指不受任何外界事物的影响而绝对不变的意思。地上飞机二、两个事实1、双星观测：t=0时刻，星在A发光，经过时间t1＝星到B发光，到达时间从地球上看AB，从地球上看B—A，可见，双星从地球上看来，它们运动时两个半周期是不对称

3、的，二者之差，即式－式，得：（式中光年）实际观测：不存在——双星的两个半周期是完全对称的。可推知：A和B相对地球光速是相同的，跟光源的运动无关。-vvsst2t1u´=c-vu=c+v地球ABo12122、迈克尔逊—莫雷实验——观察者运动，光速是否改变呢？最早认为光可在真空中传播，认为真空中存在特殊的介质——“以太”V光—以＝cV物—以＝vV物—光＝c－v物体在以太中运动测得光速不是c，（c－v）迈克尔逊—莫雷实验是利用光的干涉原理，试图去测v地－以＝？从而就可知运动的物体（地球）对光的速度v`＝？实验结果：地球几乎静止在以太中，(v

4、地＝30km/s)—否定的结果这个结果有双重意义：1、以太根本不存在2、真空中光速c在任何惯性参照系中测量都是一样的，与观察者运动无关。V声空＝331m/sV飞空＝330m/sV´飞声＝1m/s——飞机可追上声波，即“超音速”飞机实际测得都是c，与火箭运动无关A、B两个火箭A：“迎着”光飞行B:“追赶”光飞行vvABvA=c+vvB=c-v三、两种选择：光是一种电磁波，从两个实验事实说明电磁现象在“以太”这个特殊的惯性系中不成立。面临这些事实，摆在物理学家面前有两条路可以选择：1、承认“以太”存在，修改已得出的电磁理论，以适应这个特殊

5、的惯性系；2、清洗“以太”，否定牛顿力学的基本观点爱因斯坦敢于向权威挑战，毅然决然走第二条道路，“摒弃旧观点，创建新理念”，于1905年，时年26岁提出了“狭义相对论”。四、两个基本原理1、狭义相对性原理物理定律（不只是力学定律）对所有惯性系有同样表达形式。可以认为：这个原理不过是伽利略—牛顿力学相对原理的推广。这一原理表明：(1)我们无法利用物理规律来寻求绝对运动(2)在所有惯性系中，我们也无法确认哪一个惯性系是与众不同的(3)狭义的涵义——讨论范围只限于惯性系，不涉及惯性系以外的其他参照系(4)“以太”被否定，说明相对性原理同样适

6、用于电磁现象，人类对电磁场的认识发生了一个质的飞跃。A、电磁场本身就是物质的一种存在形式，不是某种介质的运动形态；B、波动不仅仅是机械运动的传播过程，还可能是物质本身在空间运动方式。2、光速不变原理电磁规律主要是麦克斯韦方程组，其中一个直接而重要的结论是真空光速c与光的传播方向无关；若确认了麦克斯韦方程组在所有惯性系里都等效，实质上确认了所有惯性系里的真空光速都是c，它与光源、观察者的运动无关。两个事实说明，光速不变的概念与牛顿力学的速度合成的平行四边形法则格格不入。与传统的时空观学说对立这个原理是建立新的时空理论的起点——爱因斯坦1

7、6岁，人以c随光波前进，光波是怎样的？10年后提出这条原理。五、两个效应1、钟慢效应——从狭义相对论的两个基本假设出发，时间间隔是相对的vhN´K´vhvhvhAK´M´OBN´:火车上钟慢了——一切变化过程都慢了，物理、化学、新陈代谢慢了AB:推得：（Δt）2、尺缩效应新城站AsLv新城站As´L0v设火车的静长度为L0，而在S系里的动长为L,S系中的观测者认为，火车通过钟楼A所需时间为S´系的观测者却认为钟楼A通过火车的时间为这里，A钟是S´系里的运动时钟：得,将Δt,Δt´代入，得运动的长度发生了收缩沿参照系运动方向上长度（尺）

8、缩短，在与v垂直方向上长度不变。我们看高速运动上的车窗都扁了一段，（长方形）汤普金斯先生的错误，他乘汽车以接近c奔驰，他看到楼房和人变扁窄了！！两个效应说明：在狭义相对论中：时间：空间：与物质运动（v）有关，有物质才有空