华中科技大学大学物理狭义相对论教程.pptVIP

* 关于光在真空中的传播速率： 已知光对 系的速率是 符合实验事实和光速不变原理。 即光对于 系和对于 系的速率相等。 * 例3、设想一飞船以0.80c 的速度在地球上空飞行， 如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体 相对飞船速度为0.90c 。 问：从地面上看，物体速度多大？ 解： x x′ 地面参考系为 系 选飞船参考系为 系 * 例4、两只完全相同的飞船A和B，在A中的观察者测得B接近它的速度为0.80c ，则B中的观察者测得A接近它的速度为多少？在两只飞船质心的观察者测得每一飞船趋近质心的速率是多少？ 解： 选任一飞船为 系 质心为 系 A对B的速率与B对A的速率相等。 A，B完全相同，质心为它们之间正中的位置。 它们对质心的速率相等，设为v x * 二、速度方向的变换关系 由 y x P x′ P * 光速的大小不因参考系的改变而改变，但传播方向将改变。将u=c 代入得： 仅 ，才有 * 前面几章讨论的是牛顿力学的基本内容，其基础是牛顿三定律。在经典力学不断取得辉煌成就的同时， * * 牛顿力学规律是宏观低速物体的力学规律，在任何惯性系中形式相同。 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。 牛顿力学规律是伽利略不变式。 * 电磁现象符合相对性原理！大量实验事实还表明在所有的惯性参照系中光沿着各方向的传播速度都是真空中光速c，与光源及观察者的运动无关。尽管如此，由于人们长期受经典框架的束缚，为使彻利略变换仍适用于电磁理论而提出种种解释，但终未获得成功。正是在这样的基础上．爱因斯坦通过自己独创性的分析， “爱”经过周密思考和大胆探索，摆脱了绝对时空观的束缚； 认为自然界具有内在的统一性。 * 根据伽利略的相对性原理，用力学方法不能确定地球相对于静止以太的绝对运动，于是物理学家试图用光的方法来测量地球的绝对运动。 * 与伽利略的速度相加原理针锋相对！ * 既然时间在不同的参考系中测量的值不相同，而光速为恒量，因此， * 第6章 狭义相对论 一、牛顿力学（经典力学）的成就 经典物理学 经典统计力学 经典力学 在科学技术今后的发展中，仍将发挥不可替代的作用。 经典电磁学 蒸汽机和电机的发明 电力技术革命 产业革命 在这种形势下，相对论和量子力学应运而生。相对论和量子物理是近代物理的两大支柱。 历史进入到20世纪，物理学开始深入到微观、高速领域，人们发现牛顿力学不再适用！ 本章学习惯性系内高速运动规律——狭义相对论。 * 二、牛顿力学中值得“推敲”的问题： 问题： 1、对于不同的参考系，基本力学定律的形式是完全一样的吗？ 对这些问题的回答，物理学经历了从牛顿力学到相对论的发展。 原则上，可以在任意参考系中，运用力学规律对同一物体的同一运动进行研究。——运动的相对性 2、对于不同的参考系，长度和时间的测量结果是一样吗？ * 第1节 伽利略变换 一、伽利略相对性原理 牛顿力学回答： 对于任何惯性系，牛顿定律都成立； 对于不同的惯性系，力学的基本规律——牛顿定律，其形式都是一样的； 在任何惯性系中观察，同一力学现象将按相同的形式发生和演变。 谈论某一惯性系的绝对运动或绝对静止是没有意义的。静止是相对的。不存在任何一个特殊的惯性系。 ——伽利略（力学）相对性原理 * 关于时间和空间的问题，牛顿认为： 绝对空间——长度的量度与参考系无关； 绝对时间——时间的量度与参考系无关； 牛顿的绝对时空概念是人们对空间和时间认识的理论总结。 时间和空间是相互独立的。 绝对时空观 力学相对性原理 和 绝对时空是直接联系在一起的。 空间与运动无关， 空间的度量与惯性系无关，绝对不变。 伽利略变换 时间均匀流逝，与物质运动无关，所有惯性系有统一的时间。 * 在两个惯性系中考察同一物理事件： 令两坐标系的原点重合时为计时起点。 二、伽利略坐标变换式 t 时刻，某质点到达P点。 x y O y′ x′ O′ 设有两个参考系 ： 系相对于 系以恒定的速度 沿 轴正向运动。 * 正变换 逆变换 或 伽利略坐标变换式 * 三、伽利略速度变换与加速度变换 正 逆 惯性系 常数 * 四、力学定律对伽利略变换不变 由于同一质点的加速度在不同惯性系中的量值是一样的，牛顿定律在不同惯性系中具有完全相同的形式。因此，牛顿三定律皆对伽利略变换不变。 其它由牛顿运动定律导出的力学规律如动量守恒定律、能量守恒定律、角动量守恒定律等也对伽利略变换不变。即力学定律对伽利略变换不变。 ——力学的相对性原理 * 五、牛顿力学的时空观 由伽利略变换可得： 任何一个物理事件所经历的时间，从任何一个参考系来测量，都将是完全一样的。 时间的量度与参考系无关。 对空间中某两点之间的距离，在