大學(xué)物理相對論總結(jié)

1、相對論相對論1、力學(xué)相對性原理、伽利略變換；狹義相對論產(chǎn)生、力學(xué)相對性原理、伽利略變換；狹義相對論產(chǎn)生根源、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件；狹義相對論的基本原理、根源、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件；狹義相對論的基本原理、洛侖茲變換。洛侖茲變換。2、狹義相對論時空觀：同時的相對性、長度收縮、狹義相對論時空觀：同時的相對性、長度收縮、時間延緩、因果律。時間延緩、因果律。3、狹義相對論質(zhì)速關(guān)系、相對論動力學(xué)基本方程、狹義相對論質(zhì)速關(guān)系、相對論動力學(xué)基本方程、相對論動能、靜能總能和質(zhì)能關(guān)系、能量和動量的關(guān)相對論動能、靜能總能和質(zhì)能關(guān)系、能量和動量的關(guān)系。系。內(nèi)容提要內(nèi)容提要一、絕對時空觀和伽利略變換一、絕對時空觀和伽利略變

2、換 時間和空間都是絕對的，與物質(zhì)的存在和運(yùn)動時間和空間都是絕對的，與物質(zhì)的存在和運(yùn)動無關(guān)。無關(guān)。 牛頓的絕對時空觀牛頓的絕對時空觀 同時性同時性、時間間隔時間間隔和和空間距離空間距離都是絕對的，與都是絕對的，與參考系的選擇無關(guān)。而且，參考系的選擇無關(guān)。而且，時間和空間是彼此獨(dú)立的、時間和空間是彼此獨(dú)立的、互不相關(guān)的，并且獨(dú)立于物質(zhì)和運(yùn)動之外?；ゲ幌嚓P(guān)的，并且獨(dú)立于物質(zhì)和運(yùn)動之外。 xxtuyy zz tt 伽利略坐標(biāo)變換公式伽利略坐標(biāo)變換公式xxvvuyyvvzzvv伽利略速度變換公式伽利略速度變換公式zzaayyaa xxaa伽利略加速度變換公式伽利略加速度變換公式即即aa 可見，同一質(zhì)點(diǎn)對

3、不同的慣性可見，同一質(zhì)點(diǎn)對不同的慣性系有相同的加速度。系有相同的加速度。 二、力學(xué)相對性原理二、力學(xué)相對性原理 牛頓力學(xué)的一切規(guī)律在伽利略變換下其形式保持不牛頓力學(xué)的一切規(guī)律在伽利略變換下其形式保持不變，或者說力學(xué)規(guī)律對于一切慣性參考系都是等價(jià)的。變，或者說力學(xué)規(guī)律對于一切慣性參考系都是等價(jià)的。 力學(xué)相對性原理的更重要之處在于，力學(xué)相對性原理的更重要之處在于，慣性系對力慣性系對力學(xué)實(shí)驗(yàn)是平權(quán)的學(xué)實(shí)驗(yàn)是平權(quán)的。三、狹義相對論的基本原理三、狹義相對論的基本原理 1）愛因斯坦相對性原理：物理定律在愛因斯坦相對性原理：物理定律在所有所有的的慣性系中都具有相同的表達(dá)形式慣性系中都具有相同的表達(dá)形式 .

4、2）光速不變原理：光速不變原理： 真空中的光速是常量，它真空中的光速是常量，它與光源或觀察者的運(yùn)動無關(guān)，即不依賴于慣性系的與光源或觀察者的運(yùn)動無關(guān)，即不依賴于慣性系的選擇選擇.四、洛倫茲變換四、洛倫茲變換()xxtuyy zz 2()ttxcu正正變變換換( )xxtu yy zz 2( )ttxcu逆逆 變變 換換c u2111、同時的相對性、同時的相對性五、狹義相對論時空觀五、狹義相對論時空觀 沿兩個慣性系運(yùn)動方向，沿兩個慣性系運(yùn)動方向，不同地點(diǎn)不同地點(diǎn)發(fā)生的兩個事發(fā)生的兩個事件，在其中一個慣性系中是件，在其中一個慣性系中是同時同時的，的， 在另一慣性系在另一慣性系中觀察則中觀察則不同時不

5、同時，所以同時具有，所以同時具有相對相對意義；只有在意義；只有在同一地點(diǎn)同一地點(diǎn)， 同一同一時刻發(fā)生的兩個事件，在其他慣性時刻發(fā)生的兩個事件，在其他慣性系中觀察也是系中觀察也是同時同時的的 .2、長度的收縮（運(yùn)動、長度的收縮（運(yùn)動物體在物體在運(yùn)動方向運(yùn)動方向上長度收縮上長度收縮） xyozs1 x2 x0l y xu o z s1x2x021lll固有固有長度長度120lxxl在在 系中測量系中測量s3、時間的延緩、時間的延緩21tt固有固有時間時間 ：同一同一地點(diǎn)發(fā)生的地點(diǎn)發(fā)生的兩兩事件的時間間隔事件的時間間隔 .時間延緩時間延緩 ：運(yùn)動運(yùn)動的鐘走得的鐘走得慢慢 .0ttt固有時間固有時間4

6、、因果律、因果律 有因果關(guān)系的事件，它們的因果關(guān)系即事件發(fā)有因果關(guān)系的事件，它們的因果關(guān)系即事件發(fā)生的先后次序（時序），不會因?yàn)閰⒖枷蹈淖兌嵣南群蟠涡颍〞r序），不會因?yàn)閰⒖枷蹈淖兌嵉?，倒，這就是這就是因果律因果律。同時的絕對性同時的絕對性同時的相對性同時的相對性時間間隔的絕對性時間間隔的絕對性運(yùn)動的時鐘變慢運(yùn)動的時鐘變慢空間距離的絕對性空間距離的絕對性運(yùn)動的尺子變短運(yùn)動的尺子變短質(zhì)量不變質(zhì)量不變質(zhì)量隨速度的增大而質(zhì)量隨速度的增大而增大增大時間和空間彼此獨(dú)立、時間和空間彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)或運(yùn)動的影響。或運(yùn)動的影響。時間和空間相互關(guān)聯(lián)，時間和空間相互關(guān)聯(lián)，質(zhì)量

7、隨物體的運(yùn)動狀態(tài)質(zhì)量隨物體的運(yùn)動狀態(tài)的改變而改變。的改變而改變。解解：2st 3st 211tt 322419 259 53uc21()1xxu t 211u t 35223c 5c 0 x 固有固有時間時間2t3t例例 在慣性系在慣性系S中，有兩事件發(fā)生于同一地點(diǎn)，且第中，有兩事件發(fā)生于同一地點(diǎn)，且第二事件比第一事件晚發(fā)生二事件比第一事件晚發(fā)生 秒鐘，而在另一慣秒鐘，而在另一慣性系性系S中，觀測第二事件比第一事件晚發(fā)生中，觀測第二事件比第一事件晚發(fā)生 秒秒鐘，那么在鐘，那么在S中發(fā)生兩事件的地點(diǎn)之間的距離中發(fā)生兩事件的地點(diǎn)之間的距離是是 。5c例例 S 系中的觀察者有一根米尺固定在系中的觀察

8、者有一根米尺固定在 x 軸上，其兩軸上，其兩端各裝一手槍。在端各裝一手槍。在S 系中的系中的x 軸上固定另一根長尺，軸上固定另一根長尺，當(dāng)后者從前者旁邊經(jīng)過時，當(dāng)后者從前者旁邊經(jīng)過時， S 系中的觀察者同時扳動系中的觀察者同時扳動兩手槍，使子彈在兩手槍，使子彈在S 系中的尺上打出兩個記號。試問系中的尺上打出兩個記號。試問在在S 系中這兩個記號之間的距離是小于、等于、還是系中這兩個記號之間的距離是小于、等于、還是大于大于1 m ?11(,)xt22(,)xtS11(,)xt22(,)xtS211mxx12tt21?xx2211212222()111xutxutxxucuc解解： 1）相對論動量相

9、對論動量vvvmmmp0201當(dāng)當(dāng) 時時cvvv0mmp1、動量與速度的關(guān)系、動量與速度的關(guān)系2）相對論質(zhì)量相對論質(zhì)量201mm0m靜質(zhì)量靜質(zhì)量 ：物體相對于慣性系靜止時的質(zhì)量：物體相對于慣性系靜止時的質(zhì)量 . 在不同慣性系中大小不同在不同慣性系中大小不同 .)(vm當(dāng)當(dāng) 時時cv0mm vmC0mo六、相對論質(zhì)量和相對論動量六、相對論質(zhì)量和相對論動量2、相對論動力學(xué)的基本方程、相對論動力學(xué)的基本方程)1(dddd20vmttpF 相對論動量守恒定律相對論動量守恒定律tmtmddddvv 當(dāng)當(dāng) 時，時， 急劇增加急劇增加 , 而而 ，所以光速所以光速 C 為物體的極限速度為物體的極限速度.tm

10、cddv0aiiiiiiimpF2010v當(dāng)當(dāng)時，時，不變不變 .000d dcmmFmm atvv當(dāng)當(dāng) 時時七、相對論中的能量七、相對論中的能量靜靜能：物體能：物體靜止靜止時所具有的時所具有的能量能量 200Em c) 111(220202kcmcmmcE相對論相對論動能動能:20k21vvmEc 當(dāng)當(dāng) 時時,經(jīng)典動能公式經(jīng)典動能公式k202EcmmcE相對論相對論質(zhì)能質(zhì)能關(guān)系關(guān)系 2()Em c如果一個物體或物體系統(tǒng)的能量有如果一個物體或物體系統(tǒng)的能量有 的變化，則的變化，則無論能量的形式如何，其質(zhì)量必有相應(yīng)的改變，其無論能量的形式如何，其質(zhì)量必有相應(yīng)的改變，其值為值為 ，由，由 可知，可知，Em2Emc質(zhì)能守恒定律質(zhì)能守恒定律 在一個孤立系統(tǒng)內(nèi)，所有粒子的相對論在一個孤立系統(tǒng)內(nèi)，所