2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：狹義相對(duì)論基本原理和洛倫茲變換

狹義相對(duì)論基本原理和洛倫茲變換

為了在絕對(duì)時(shí)空觀的基礎(chǔ)上統(tǒng)一說明這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，洛倫茲等人提出各種假設(shè)，但都沒有成功。1905年26歲的愛因斯坦，在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和前人工作進(jìn)行仔細(xì)分析和研究的基礎(chǔ)上，另辟蹊徑，從一個(gè)全新的角度考慮所有問題，提出兩個(gè)基本假設(shè)。一、愛因斯坦狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)光在真空中的速度與發(fā)射體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，即在彼此作勻速直線運(yùn)動(dòng)的任一慣性系中，所測得的光在真空中沿各個(gè)方向的速率是相等的。1、狹義相對(duì)論的相對(duì)性原理在任何慣性系中，一切物理規(guī)律都相同，即具有相同的數(shù)學(xué)表達(dá)式?；颍核袘T性系對(duì)于描述物理現(xiàn)象都是等價(jià)的。2、光速不變原理時(shí)空觀的革命

光速不變原理與伽利略的速度相加原理針鋒相對(duì)，否定了伽利略坐標(biāo)變換，動(dòng)搖了絕對(duì)時(shí)空觀和經(jīng)典力學(xué)體系。牛頓力學(xué)時(shí)間標(biāo)度長度標(biāo)度質(zhì)量的測量與參考系無關(guān)速度與參考系有關(guān)(相對(duì)性)相對(duì)論力學(xué)光速不變長度時(shí)間質(zhì)量與參考系有關(guān)(相對(duì)性)二、洛侖茲變換

愛因斯坦根據(jù)兩個(gè)基本假設(shè)，建立了新的坐標(biāo)變換公式——洛侖茲變換式。洛倫茲為彌補(bǔ)經(jīng)典理論的缺陷提出的，但他不具有相對(duì)論思想，愛因斯坦是給予正確解釋第一人。yxZoS系

系(x,y,z,t)某事件在S系中的時(shí)空坐標(biāo)為（x,y,z,t)同一事件在S‘系中的時(shí)空坐標(biāo)為(x',y',z',t')正變換逆變換1、洛侖茲坐標(biāo)變換正變換逆變換當(dāng)v<<c時(shí)，

=(v/c)

0,可得：伽利略變換令則

K

系事件

2事件

1

系例1

在K系中觀察到兩個(gè)事件發(fā)生在空間同一地點(diǎn)，第二事件發(fā)生在第一事件以后2s，在另一相對(duì)K系運(yùn)動(dòng)的K'系中觀察到第二事件是在第一事3s之后發(fā)生的，求在K'系中這兩個(gè)事件的空間間隔。應(yīng)用正變換解得根據(jù)應(yīng)用正變換2、洛侖茲速度變換公式利用Lorentz坐標(biāo)變換S系S'系可得同樣根據(jù)正變換逆變換洛侖茲速度變換公式例2設(shè)想一飛船以0.80c的速度在地球上空飛行，如果這時(shí)從飛船上沿速度方向發(fā)射一物體，物體相對(duì)飛船速度為0.90c

求從地面上看，物體速度多大？解選飛船參考系為S

系地面參考系為S系例3

在S

系測得光信號(hào)速度為c，求在相對(duì)S

沿x

方向以v勻速運(yùn)動(dòng)的S

系測得光信號(hào)的速度。vc