狹義相對論基礎(chǔ)簡課件

內(nèi)容提要內(nèi)容提要1一、狹義相對論的基本假設(shè)三、狹義相對論時(shí)空觀二、洛侖茲變換四、相對論的動(dòng)力學(xué)問題一、狹義相對論的基本假設(shè)三、狹義相對論時(shí)空觀二、洛侖茲變換四2一、狹義相對論的基本假設(shè)一、狹義相對論的基本假設(shè)32.相對性原理：1.光速不變假設(shè)一切物理定律在所有的慣性系中都等效?！锢矶傻臄?shù)學(xué)表達(dá)式在所有的慣性系中具有相同的形式。在所有的慣性系中,真空中的光速恒為c

，與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。2.相對性原理：1.光速不變假設(shè)一切物理定律4狹義相對論基礎(chǔ)簡課件5二、洛侖茲變換二、洛侖茲變換61.事件與參照系1.1事件：有明確的地點(diǎn)與時(shí)間的一件事：P(x,y,z,t)

1.2參照系：不同參照系對同一事件發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間的測量結(jié)果一般不同。例：Pi(xi,yi,zi,ti)物體的運(yùn)動(dòng)可視為一系列事件的集合。1.事件與參照系1.1事件：有明確的地點(diǎn)與時(shí)間的一件事：P72.洛倫茲變換y

yutxuPz

zOO

SS

x

2.1.洛倫茲坐標(biāo)變換2.洛倫茲變換yyutxuPzzOOSSx2.1.82.2洛倫茲速度變換

洛倫茲速度變換滿足光速不變性的假設(shè)。2.2洛倫茲速度變換

洛倫茲速度變換滿足光速不變性的假9三、狹義相對論的時(shí)空觀三、狹義相對論的時(shí)空觀10（3）運(yùn)動(dòng)的鐘變慢：1.時(shí)間間隔的相對性（1）兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔與參照系有關(guān)。（2）若參照系S

測得某兩個(gè)事件發(fā)生在同一地點(diǎn)，時(shí)間間隔為

t

，則參照系S測得這兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔為：（3）運(yùn)動(dòng)的鐘變慢：1.時(shí)間間隔的相對性（1）兩個(gè)事件發(fā)生的112.空間間隔的相對性（1）兩個(gè)事件發(fā)生的空間間隔與參照系有關(guān)。（2）若參照系S

測得某兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，事件發(fā)生的空間間隔為

l，則參照系S測得這兩個(gè)事件發(fā)生的空間間隔為：（3）運(yùn)動(dòng)的尺變短：

2.空間間隔的相對性（1）兩個(gè)事件發(fā)生的空間間隔與參照系有關(guān)123.“同時(shí)”的相對性在一個(gè)參照系中測得同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)參照系中測得未必同時(shí)發(fā)生，相對論中“同時(shí)”只有相對的意義。4.“先后”的相對性在一個(gè)參照系中測得先發(fā)生的事件，在另一個(gè)參照系中測得可能后發(fā)生，相對論中“先后”只有相對的意義。但如果兩個(gè)事件存在因果關(guān)系，則其先后順序不可能倒置。3.“同時(shí)”的相對性在一個(gè)參照系中測得同時(shí)發(fā)13狹義相對論基礎(chǔ)簡課件14四、相對論的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)四、相對論的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)151．經(jīng)典動(dòng)力學(xué)及其局限性1.1經(jīng)典動(dòng)力學(xué)基本方程1．經(jīng)典動(dòng)力學(xué)及其局限性1.1經(jīng)典動(dòng)力學(xué)基本方程16狹義相對論基礎(chǔ)簡課件171.2經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的局限性：局限性：高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不能適用，不滿足相對性原理，即不滿足洛侖茲變換下的不變性。

經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的改造：2）重修定義相關(guān)物理量，物理定律不變。1）改造物理定律，物理量的定義不變；1.2經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的局限性：局限性：高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不能適用，不滿182．相對論的質(zhì)量與動(dòng)量2.1相對論的質(zhì)量2.2相對論的動(dòng)量2．相對論的質(zhì)量與動(dòng)量2.1相對論的質(zhì)量2.2相對論的動(dòng)193.相對論的能量動(dòng)能：

總能：靜能：3.相對論的能量動(dòng)能：總能：靜能：20狹義相對論基礎(chǔ)簡課件21狹義相對論基礎(chǔ)簡課件224.相對論動(dòng)量與能量的關(guān)系4.相對論動(dòng)量與能量的關(guān)系235.相對論動(dòng)力學(xué)基本方程5.相對論動(dòng)力學(xué)基本方程24典型題解典型題解25狹義相對論基礎(chǔ)簡課件26解：

（1）

（2）

解：（1）（2）272.盡快獲知有無外星人的“好辦法”：某外星M離地球2萬光年（即光從地球傳播到該外星需2萬年時(shí)間），某宇航員以速度u從地球出發(fā)駛向該外星。假設(shè)宇航員估計(jì)自己還能活100年，問：該宇航員是否可能在有生之年抵達(dá)外星？若可能，其速度u至少為多大？

2.盡快獲知有無外星人的“好辦法”：某外星M離地球2萬光28解：

以地球?yàn)閰⒄障怠?/p>

運(yùn)動(dòng)的宇航員的壽命：

為使宇航員在有生之年抵達(dá)外星，必須能。

解：以地球?yàn)閰⒄障?。運(yùn)動(dòng)的宇航員的壽命：為使宇航員在有29以宇航員為參照系。

為使宇航員在有生之年抵達(dá)外星，必須外星M與地球間的距離：

以宇航員為參照系。為使宇航員在有生之年抵達(dá)外星，必須外星M303.誰先動(dòng)手：

在一節(jié)長為100米的車廂里，A在車廂尾，B在車廂頭?；疖囈?.6c的速度駛過一個(gè)站臺(tái)時(shí)，站臺(tái)上的人先看到A向B開槍，過了0.125微秒后，B向A開槍。問：在車上的乘客看來，是誰先開槍？兩人開槍的時(shí)間差為多少？3.誰先動(dòng)手：在一節(jié)長為100米的車廂里，A在車廂尾，B在31解：解：32

4.

在地面上測到有兩個(gè)飛船分別以0.9c和-0.9c的速度向相反方向飛行。求此一飛船相對于另一飛船的速度多大？解：4.在地面上測到有兩個(gè)飛船分別以0.9c和-0.9c的速335.

在太陽參考系中觀察，一束星光垂直射向地面．速率為c，而地球以速率u垂直于光線運(yùn)動(dòng)。求在地面上測量，這束星光的速度的大小與方向各如何？y

yxuOO

SS

x

c5.在太陽參考系中觀察，一束星光垂直射向地面．速率為c，而34y

yxuOO

SS

x

c解：yyxuOOSSxc解：35

6.在實(shí)驗(yàn)室中，有一個(gè)速度(5/13)c飛行的原子，沿著其運(yùn)動(dòng)方向以相對于原子為0.6c的速度射出一電子，問：（1）實(shí)驗(yàn)室中的觀察者測得電子的速度為多少？（2）實(shí)驗(yàn)室中的觀察者測