大學(xué)物理-相對(duì)論省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第一節(jié)狹義相對(duì)論產(chǎn)生試驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件

宏觀低速運(yùn)動(dòng)物體，其力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中形式相同。一、力學(xué)（牛頓）相對(duì)性原理：（或：在研究力學(xué)規(guī)律時(shí)，一切慣性系都是等價(jià)。）第1頁

O與O’重合時(shí)，tt’zz’yy’utxx’=

=

=

-=二、伽利略變換：P(x,y,z,t)(x’,y’,z’,

t’)uz’utzS正變換：逆變換：t’tz’zy’yutx’+x=

=

=

=第2頁牛頓力學(xué)規(guī)律在伽利略變換下形式不變。如：動(dòng)量守恒定律速度變換:第3頁三、經(jīng)典力課時(shí)空觀

時(shí)間是絕正確；空間是絕正確。（絕對(duì)時(shí)空觀）例：有一條河，寬為L(zhǎng)，河水對(duì)河岸流速為u，今有兩條一樣船A和B，分別沿圖示路線往返一次，已知船A和B對(duì)流動(dòng)河水速率都為v，求船A和B沿圖示路線往返一次各需多少時(shí)間。比較它們大小。

LAuLB

A第4頁試驗(yàn)預(yù)計(jì)：能觀察到0.37條條紋移動(dòng)。實(shí)際結(jié)果：沒有觀察到條紋移動(dòng)。即邁克爾遜－莫雷試驗(yàn)零結(jié)果。四、邁克爾遜－莫雷試驗(yàn)（1887年）ba1M2MPPM1=PM2900第5頁第二節(jié)狹義相對(duì)論基本原理洛侖茲變換一、狹義相對(duì)論兩個(gè)基本假設(shè)：1、相對(duì)性原理：物理學(xué)定律在任何慣性系中都是相同。

2、光速不變?cè)恚涸谌繎T性系中，測(cè)得光在真空中速率都是C（3×108m/s）。（光在真空中速度與發(fā)射體及觀察者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)）。絕對(duì)靜止參考系是不存在。伽利略變換已不適合用于光學(xué)現(xiàn)象。第6頁(xyzt)(x’y’z’t’)二、洛侖茲變換逆變換：正變換：第7頁第8頁討論：回到伽利略變換2.光速是自然界極限速度若不是實(shí)物，而是一個(gè)形態(tài)傳輸速度，那是能夠超出光速。從斯坦福大學(xué)兩英里長(zhǎng)直線加速器出來電子速率達(dá)0.999975c<<1.時(shí)第9頁三、洛侖茲速度變換式例：一光子在S’

系中以C運(yùn)動(dòng)，則在S系中即滿足光速不變?cè)韈cucuccuc1ucv2x=++=++=第10頁一、長(zhǎng)度收縮（尺縮效應(yīng)）xx′AB第三節(jié)狹義相對(duì)論時(shí)空觀注意：1.L0為相對(duì)于被測(cè)物靜止慣性系測(cè)得物長(zhǎng)，叫固有長(zhǎng)度。即沿運(yùn)動(dòng)方向，物體長(zhǎng)度要收縮。第11頁2.

L為相對(duì)于被測(cè)物運(yùn)動(dòng)慣性系測(cè)得

物長(zhǎng)，叫運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度。3.

測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體長(zhǎng)度，必須對(duì)其兩端坐標(biāo)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。例：立方體邊長(zhǎng)為a，則體積為a3，若該立方體沿一邊長(zhǎng)方向以高速u運(yùn)動(dòng)，則體積為多大？4.垂直于運(yùn)動(dòng)方向，物體長(zhǎng)度不變。相對(duì)論笑話第12頁在S’系：x’處固定有一只鐘，測(cè)得該處兩個(gè)事件（發(fā)射、接收光信號(hào)）發(fā)生時(shí)間分別為t1’、t2’。在S系：觀察者測(cè)得兩個(gè)事件（發(fā)射、接收光信號(hào)）發(fā)生時(shí)間分別為t1、t2。由：二、時(shí)間延緩（動(dòng)鐘變慢）第13頁運(yùn)動(dòng)鐘走得慢。地面上觀察者火車上觀察者1、

0

是相對(duì)于事件發(fā)生點(diǎn)靜止慣性系測(cè)得時(shí)間，叫固有時(shí)間。2、

是相對(duì)于事件發(fā)生點(diǎn)運(yùn)動(dòng)慣性系測(cè)得時(shí)間，叫運(yùn)動(dòng)時(shí)間。3、時(shí)間膨脹公式適用條件：必須是在某一慣性系中同一地點(diǎn)先后發(fā)生了兩個(gè)事件。注意：第14頁1、在相對(duì)于事件發(fā)生點(diǎn)靜止慣性系中，觀察兩個(gè)事件時(shí)間間隔最短。2、時(shí)鐘變慢是相對(duì)論時(shí)空效應(yīng)，并非機(jī)械故障。不能說明哪個(gè)時(shí)鐘是正確或錯(cuò)誤。3、u<<c時(shí)，

≈

0，日常生活中觀察不出這種效應(yīng)，并非沒有此效應(yīng)。說明：第15頁1966---1967年歐洲原子核研究中心（CERN）對(duì)粒子進(jìn)行了研究。粒子是一個(gè)基本粒子，在靜止參考系中測(cè)得壽命為0=2.210-6秒.1)依牛頓定律：壽命不變2)依相對(duì)論：當(dāng)粒子加速至0.9966C時(shí)，壽命為：故漂移距離為:與試驗(yàn)情況吻合得很好!利用粒子衰變能夠檢驗(yàn)時(shí)間膨脹效應(yīng)：當(dāng)其加速到v=0.9966C時(shí),它漂移了八公里.故漂移距離為：第16頁例1：一飛船以u(píng)=9×103m/s速率相對(duì)于地面勻速飛行。飛船上鐘走了5s,地面上鐘經(jīng)過了多少時(shí)間？思緒：飛船上鐘走了5s（固有時(shí)間τ0），地面上鐘經(jīng)過時(shí)間（運(yùn)動(dòng)時(shí)間τ）要慢一些。221cuτ0τ-=每個(gè)人都注意到：相對(duì)于自己運(yùn)動(dòng)鐘走得慢。第17頁例2：半人馬星座α星是距太陽最近恒星，它距地球,設(shè)有一宇宙飛船自地球飛到該星，飛船對(duì)地速度u=0.999c，地球上鐘測(cè)得多少年？若以飛船上鐘計(jì)算，又為多少年？解：1）以地球上鐘計(jì)算：（運(yùn)動(dòng)時(shí)間）第18頁2）解一：以飛船上鐘計(jì)算：說明此題與實(shí)際不符，全球能量供給飛船，也不可能到達(dá)0.999c。飛船若以20km/s飛行，需要6.8萬年。（固有時(shí)間）第19頁yxx1x2t1t2u愛因斯坦火車以勻速u經(jīng)過車站（S系），S系：兩閃電同時(shí)（t1=t2)擊中車尾(x1)和車頭(x2)問：S’系（火車）：兩閃電是否同時(shí)擊中車尾和車頭？三、同時(shí)性相對(duì)性第20頁依據(jù)洛侖茲變換：可見，在S’系（火車）上觀察，擊中車頭閃電，比擊中車尾閃電要早些。即：同時(shí)性是相對(duì)于某一慣性系而言，是相正確。第21頁

愛因斯坦火車：A班在S’系中觀察者看來，A和B同時(shí)接收到光信號(hào).＝ctA＝ctB即：在S系中觀察者看來，A比B先接收到光信號(hào)。AMBSS’u第22頁2、在一個(gè)慣性系中不一樣時(shí)，也不一樣地發(fā)生兩件事，在另一慣性系中倒有可能同時(shí)發(fā)生。1、在一個(gè)慣性系中同時(shí)不一樣地發(fā)生兩事件，在別慣性系中就不一樣時(shí)發(fā)生。3、同時(shí)同地發(fā)生兩事件，在全部慣性系中都同時(shí)同地發(fā)生。討論：第23頁一、動(dòng)量、質(zhì)量和速度關(guān)系1、動(dòng)質(zhì)量公式：第四節(jié)狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)220cu1mm-=1908年，玻歇勒在測(cè)定電子荷質(zhì)比e/m時(shí)，發(fā)覺高速運(yùn)動(dòng)電子荷質(zhì)比比慢電子荷質(zhì)比小，從而第一次證實(shí)了質(zhì)速關(guān)系。2、動(dòng)量公式：第24頁天平秤理想試驗(yàn)：m0m0L0L0v0v0站在地面上人看，與左臂相連人看，設(shè)右臂相對(duì)于左臂運(yùn)動(dòng)速度為u，則與左臂相連人測(cè)得右臂長(zhǎng)度為：兩邊平衡。兩邊也應(yīng)平衡。第25頁（4）靜質(zhì)量不為零物體，其速度必小于C（如多級(jí)火箭）；以光速運(yùn)動(dòng)粒子（如光子、中微子等），它們靜質(zhì)量必須為零！可認(rèn)為質(zhì)量與速度無關(guān)，等于其靜質(zhì)量。（3）u<<c，m≈m0（1）m：動(dòng)質(zhì)量，m0：靜質(zhì)量。討論：（2）u：物體相對(duì)于某一參考系速度。（5）在相對(duì)論情況下，牛頓第二定律原始形式：運(yùn)動(dòng)物體在恒力作用下，沒有恒定加速度。第26頁二、質(zhì)量和能量關(guān)系由動(dòng)能定理，物體動(dòng)能就是使物體從靜止開始運(yùn)動(dòng)到速度為v時(shí)，合外力所作功.第27頁一個(gè)孤立物質(zhì)系統(tǒng)其內(nèi)部發(fā)生過程總能量守恒，這意味著其總質(zhì)量（相對(duì)論質(zhì)量）也守恒。

核反應(yīng)中系統(tǒng)總能量守恒,總質(zhì)量也守恒。

在粒子碰撞過程中,系統(tǒng)動(dòng)量守恒，總質(zhì)量守恒。例：1kg水由0℃被加熱到100℃，總能E靜能E0相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系式.第28頁如核反應(yīng)中：反應(yīng)前：反應(yīng)后：靜質(zhì)量m01

總動(dòng)能EK1靜質(zhì)量m02

總動(dòng)能EK2能量守恒：所以：核反應(yīng)中釋放能量,對(duì)應(yīng)于一定靜質(zhì)量虧損?？倓?dòng)能增量總靜止質(zhì)量減小(靜質(zhì)量虧損)（適用核反應(yīng)）第29頁例1.試計(jì)算氫彈爆炸中核聚變反應(yīng)之一所釋放出能量，其聚變方程為：各種粒子靜止質(zhì)量為：氘核：m1=3.3437×10-27kg氚核:m2=5.0049×10-27kg氦核：m3=606425×10-27kg中子:m4=1.6750×10-27kg解：質(zhì)量虧損為：對(duì)應(yīng)釋放能量為：1kg這種核燃料所釋放能量為：這相當(dāng)于同質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)煤燃燒所釋放熱量1千多萬倍！第30頁例2.在S參考系中有兩個(gè)靜止質(zhì)量均為m0粒子