第04章 狭义相对论基础.ppt

解1：以地面为参照系 ?子平均寿命 ?子到达地面的时间 到达地面的? 子数与产生的? 子数的百分比 地球 ?子 解2：以?子为参照系 ? 子产生处到地面的距离 到达地面的? 子数与产生的? 子数的百分比 ? 子到达地面的时间 地球 ?子 作业： 13-6、13-9 1.洛伦兹坐标变换 y x z O S y? x? z? O? S? v P S? y x z O S y? x? z? O? v 推导过程： vt x vt? P y x z O S y? x? z? O? S? v P y x z O S y? x? z? O? S? v 考虑到横向长度不变，得： ——洛伦兹坐标变换 2．洛伦兹速度变换 ??洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。 y? y x v P z? z O O? S S? x? 推导过程： 3．由洛伦兹变换讨论相对论时空 3.1 时间量度的相对性 x y O S x1 x2 t1 t2 y? O? x? S? 3.2 长度量度的相对性 x y O S x1 x2 t1 t1 y? O? x? S? 3.3 “同时”的相对性 y? O? x? S? x y O S x1 x2 t1 t2 3.4 事件的先后顺序与因果律 y? O? x? S? y x O S x1 t1 x2 t2 ——事件的先后顺序可能倒置! ——由因果关系事件先后顺序不可能倒置！ 例4.4 谁先动手：在一节长为100米的车厢里，A在车厢尾，B在车厢头。火车以0.6c的速度驶过一个站台时，站台上的人先看到A向B开枪，过了0.125微秒后，B向A开枪。问：在车上的乘客看来，是谁先开枪？两人开枪的时间差为多少？ 解： ， 例4.5 在地面上测到有两个飞船分别以0.9c和-0.9c的速度向相反方向飞行。求一飞船相对于另一飞船的速度多大？ 解： 0.9c -0.9c x y S y? x? S? 例4.6 在太阳参考系中观察，一束星光垂直射向地面．速率为c，而地球以速率v 垂直于光线运动。求在地面上测量，这束星光的速度的大小与方向各如何？ 解： y? v O? S? x? c y x O S 作业： 13-10、13-12 1．经典动力学及其局限性 1.1 经典动力学基本方程 物理量的定义： 质量(m)：只决定于物体本身，与运动无关。 动量（ ）： 动能（Ek）： * * Albert Einstein（1879 — 1955） §4-2 狭义相对论的基本原理 §4-3 狭义相对论时空观 §4-4 洛仑兹变换 §4-5 相对论的动力学问题 §4-1 基于绝对时空观的力学理论 1.事件与参照系 1.1 事件：有明确的地点与时间的一件事：P(x, y, z, t) 1.2 参照系：不同参照系对同一事件发生的地点和时间的测量结果一般不同。 Pi (xi, yi, zi, ti) 物体的运动可视为一系列事件的集合。 P y x z O S y? x? z? O? S? v vt x x? 2.伽利略变换 2.1 伽利略坐标变换 2.2 伽利略速度变换 牛顿力学满足伽利略变换下的不变性。 速度可超光速。 y? y x v P z? z O O? S S? x? 特点：空间间隔、时间间隔与参照系无关。 3.经典的绝对时空观 时间：自然的流逝，与物质极其运动无关。 空间：物质运动的场所，与物质极其运动无关。 牛顿： “绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与外界事物无关。” 牛顿：“绝对的空间就其本质而言与外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。” 力学基本定律在所有惯性参照系中都等效。 在一个惯性参照系中无法通过任何力学实验来判断一个参照系本身是处于静止还是在作匀速直线运动状态。 力学定律满足伽利略变换下的不变性： 若 则 电磁学定律不满足伽利略变换下的不变性。 4.力学相对性原理 1.光的速度与迈克尔逊－莫雷实验 问题：c是相对于哪一个参照系的速度？ 1.1 光的速度 以太说： 宇宙中弥漫着一种无所不在的媒质，万物（包括光）相对于该媒质运动。 以太实际上被认为是一种绝对空间。 若以太存在，对地球上的观察者来，不同方向的光速应不同。 1.2 以太说与迈克尔逊-莫雷实验 迈克尔逊 — 莫雷实验： 实验结果是否定的！ “我的实验竟然对相对论这个怪物的诞生起了作用，我对此感到十分遗憾！” 2.2 相对性原理： 2.1 光速不变原理 2.狭义相对论的基本原理 物理定律在所有惯性系中都等效。 物理定律的数学表达式在所有惯性系中具有相同