高二物理競賽洛倫茲變換課件

第四章相對論基礎(chǔ)§4-3洛倫茲變換洛侖茲

(荷蘭)(1853～1928)“在今天很多人提出了與昨天他們說的話完全相反的主張，我不知道科學(xué)是什么了，我怨恨自己不能在500年前死去.”

(1909年)

洛侖茲2目錄第一章力和運(yùn)動第二章運(yùn)動的守恒量和守恒定律第三章剛體和流體的運(yùn)動第四章相對論基礎(chǔ)第五章氣體動理論第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第七章靜止電荷的電場第八章恒定電流的磁場第九章電磁感應(yīng)電磁場理論§4-1經(jīng)典力學(xué)的時空觀伽利略相對性原理§4-2狹義相對論基本原理狹義相對論的時空觀§4-3洛侖茲變換§4-4相對論速度變換§4-5狹義相對論動力學(xué)基礎(chǔ)*§4-6

廣義相對論簡介既然光速不變原理意味著要拋棄伽里略變換，那么就要尋找適合光速不變原理的、新的時空變換關(guān)系。3伽利略坐標(biāo)變換相對運(yùn)動（relativemotion）在不同參考系中觀察同一物體運(yùn)動所給出的運(yùn)動描述之間的關(guān)系問題。

基本坐標(biāo)系：質(zhì)點：P運(yùn)動坐標(biāo)系：在K系中：在K’系中：K’系相對于K系的速度：伽利略坐標(biāo)變換：空間絕對性時間絕對性絕對時空觀(勻速)4復(fù)習(xí)牛頓絕對時空觀：長度和時間的測量與參考系無關(guān).

伽利略坐標(biāo)變換式：

伽利略速度變換式：

伽利略相對性原理：對于任何慣性參考系，牛頓定律都成立.狹義相對論假設(shè)

光速不變原理：在任何慣性系中，光在真空中的速率都相等.

愛因斯坦相對性原理：物理規(guī)律對所有的慣性系都是一樣的.“同時”的相對性：時間的度量是相對的.

時間膨脹：(：運(yùn)動時，：固有時)

長度收縮：

(：運(yùn)動長度

：固有長度)5洛侖茲變換

6洛侖茲變換

7洛侖茲變換

8洛侖茲坐標(biāo)變換當(dāng)u<<c時，洛侖茲變換約化為

伽利略變換；若u≥c，x’無意義！兩個物體之間的相對速度只能小于

c

。時間、空間的測量相互不能分離！時空坐標(biāo)伽利略變換9洛侖茲坐標(biāo)變換

10洛侖茲逆變換替換規(guī)則：例題4-111

解:

（1）設(shè)乙對甲的運(yùn)動速度為v，由洛侖茲變換：可知乙所測得的這兩個事件的時間間隔是：例題4-112解:

（2）由洛侖茲變換：可知乙所測得的這兩個事件的空間間隔：

甲測得空間間隔：13向東？向西？問題：空間間隔的測量是相對性嗎？百米賽跑，運(yùn)動員向東跑，用時10秒，另一車廂以20米/秒速度同時同向運(yùn)行，則從車廂內(nèi)測得運(yùn)動員跑過的距離：由伽利略變換有相同的結(jié)論。先？后？14B先出生!次序可顛倒？解：地面—S系，北京為原點；飛船—S'系

北京和上海直線距離1000km，地面上的時鐘指出，A于t1時刻在北京出生，稍后t2時刻B在上海出生(t2-t1=0.002s)。若飛船以速度u=0.9c沿北京到上海的方向飛行，從飛船上看誰先出生?AB北京上海先？后？(續(xù))15

二者符號相同!次序不能顛倒?解：地面—S系，北京為原點；飛船—S'系

AB北京上海16時序變換

與因果律問題：時空測量的相對性是否會改變因果律呢？設(shè)P1

、P2

為兩個事件，它們在S系和S‘系中的時空坐標(biāo)分別為：由洛侖茲變換有：若

P1

為因，P2

是果，則

是聯(lián)系兩者的“信號”速度(作用速度)，故又。兩事件在兩個參考系中因果關(guān)系不變.

但由于P1

，P2

無因果關(guān)系，故時序顛倒也不違背因果律。

相對性、絕對性在相對論時空中運(yùn)動的描述、時空的量度都是相對的。但是，事件的因果關(guān)系卻不會因為參考系的選擇而發(fā)生變化，即時空次序不會顛倒。

這體現(xiàn)了物質(zhì)運(yùn)動和時空的絕對性一面。17“上帝可能很狡黠，但他不心懷惡意。”我不相信上帝在玩骰子。jiǎoxiá

tóu例題18北京和上海直線距離1000km，在某一時刻從兩地同時開出一輛火車?，F(xiàn)有一艘飛船從北京到上海的方向在高空掠過，

速率為9km/s。求宇航員測得的開車時間間隔，那一列先開?S'系宇航員測得上海先發(fā)車。解：地面—S系，北京為原點；飛船—S'系

0106==tmxDDAB北京上海狹義相對論的時空觀vs經(jīng)典力學(xué)時空觀伽利略變換：經(jīng)典力學(xué)中關(guān)于不同慣性系之間物理事件的時空坐標(biāo)變換的關(guān)系式。在伽利略變換關(guān)系中，長度和時間都是絕對量，反映的是經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀。絕對時空觀的觀點是時間、空間是彼此