大学物理课件相对论.pptVIP

例 17-1 例 17-2 例 17-3 例17-4 例17-6 * 背景 一是19世纪末经典物理学趋于完善； 二是出现两朵乌云 热辐射紫外灾难 以太否定性结果 主体是 —— 相对论 量子力学 应用 学科： 原子与分子物理学 凝聚态物理 材料技术 技术： 天体物理 电子技术 激光技术 原子能技术 内容 相对论 狭义相对论 广义相对论 1905年爱因斯坦提出的，是一种仅适用于惯性系，从时间和空间的基本概念出发将力学和电磁学统一起来的概念 1916年爱因斯坦等人提出的，适用于非惯性系，是包含引力的相对性理论，是相对论天体物理学，高能天体物理学和宇宙学的理论基础 一、力学的相对性原理 力学规律在所有惯性系中都是等价的，具有相同形式。 二、伽利略变换 ——相对性原理的数学表达式，是建立在经典时空观基础上的不同参照系之间的时空变换关系。 伽利略航船现象——1632年 表述1： 在任何一个惯性参照系中，不可能通过 任何力学实验判定这个参照系是处于静止或匀速直线运动状态。 表述2： 17.1 经典力学时空观 S与S′关系如下： ——伽利略坐标变换式 ——伽利略速度和加速度变换式 力学定律形式不变 1.同时性是绝对的 S中同时： S′中： 2. 时间间隔是绝对的 S中不同时： S′中： 三、经典力学的时空观 3. 两地之间的距离是绝对的 S系: S系: 经典时空观综述： ▲ 绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永 远均匀的流逝着，与任何外界事物无关。 ▲ 绝对的空间就其本质而言，是与任何外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。 ▲ 绝对时间和绝对空间的概念加上伽利略相对性原理，便构成了经典的时空观。 一、绝对参照系的探寻 必要性：牛顿运动定律只有相对于绝对参照系（绝对空间上建立的参照系）成立，这个参照系的存在是牛顿力学的基础。 “以太”：电磁理论确定真空中光速是常数，与方向无关。依据伽利略变换，这个结论只能相对绝对参照系成立，即绝对静止以太物质是其体现 探寻方法：通过探测地球相对以太的运动，证明以太的存在。 二、迈克尔逊-莫雷实验 迈克尔逊-莫雷1887年设计测量以太漂移实验 17.2 迈克尔逊-莫雷实验 原理：如图 u S 光路1 光路2 T M2 M1 P 光路1沿地球公转方向： 光程差 转动90o后： 光程差 条纹移动量是： ΔN 预计0.37个条纹，实验0.01。 迈克尔逊获得1907年的诺贝尔物理奖。 没有运动！ 以太不存在，光的传播不需任何媒质，可在真空中传播，以太不能作绝对参照系。 地球上各方向光速相同，与地球运动状态无关。 1852～ 1931 美国科学促进协会主席,美国科学院院长； 一、狭义相对论的基本原理 物理定律在所有惯性系中都是相同的，或者说：所有惯性系都是等价的，不存在绝对参照系。 1. 狭义相对性原理 2. 光速不变原理 在一切惯性系中，光在真空中沿各个方向传播速度都是C，跟光源与观察者相对速度无关。 基点： ▲经典力学对天体运动描述的准确性； ▲电磁场的物质性与以太的否定。 基点：电磁理论和迈克尔逊实验结果 17.3 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 二、洛仑兹变换 前提：? 满足光速不变原理和狭义相对性原理 ? 当uc时，换原为伽利略变换 表示： 取如下线性变换 计算整理得出洛仑兹变换式： 其中： 注意： 当 u C 时 转换为伽利略变换 逆变换 式中 一、同时的相对性 S系： 时空坐标为 S′系： 时空坐标为 17.4 狭义相对论的时空观 1o 若 则 —— 在 S 系中同一地点同时发生两件事，在 S′ 系中也是同时发生。 2o 若 —— 称为同时的相对性 则 例：爱因斯坦列车 列车： 地面： A 先，B 后 同时收到 3o 时序的相对性 保证相对论与因果律不矛盾，应满足运动速 度小于光速。 以子弹击中小鸟为例： S系： 发射: 击中： S′系： 若要满足 式中：u是S′系速度， 是子弹速度。 前 事件1 开枪 后 事件2 鸟死 子弹 ? 则要满足 二 、运动的时钟变慢 事件E1: S S′ u C1 C2 C3 C3 C3→C1 事件E2: C3→C2 由洛仑兹变换 三 、运动的杆缩短 静止长度 运动长度 由洛仑兹变换： 一、质量与速度关系 mo:静止质量 m : 运动质量 二、相对论动力学方程 相对论动量表示为： 相对论动力学方程是： 17.5 相对论质点动力学方程 一、相对论的能量 由质速关系，两边求导得 （1）（2）联立得 17.6 相对论的能量 设：物体沿 x 轴运动，合外力为F 1o moc2称为静止能量 表明质量与能量之间有着固定的、内