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第6章狭义相对论1精品PPT课件

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c 1 2.99792458108(m/s) 00
光在“以太系”中的传播速度就是c。当参照系改变， 光速也改变。
假设太阳静止在以太系中，地球围绕太阳公转， 相对以太就有一个速度v。因此若在地球上测量光速， 在不同方向上测得的数值应该不同，最大为c+v，最小 为c-v；即使太阳相对以太系不静止，地球上测量不同 方向的光速，也应该有所不同。
十七世纪——牛顿力学 二十世纪
量子力学
爱因斯坦: Albert Einstein （1879~1955）
现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼 牛顿之后最杰出的科学家
1905年 爱因斯坦奇迹年
3月 提出光量子假说 4月 关于分子大小的测量 5月 关于布朗运动
6月《论动体的电动力学》
9月 《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》
几种选择的可能: ➢ 摒弃伽利略变换及绝对时空观
➢ 摒弃电磁场方程
➢ 两者兼顾：电磁学规律在一特殊参考系——“以太” 参考系中成立，光在“以太”（ether）中以速度c传 播。当时认为，以太相对太阳静止；地球以每秒30公 里的速度绕太阳运动，则必会遇到每秒30公里的“以 太风”迎面吹来。
以太（Ether）简介*
电磁场理论给出真空中电磁波的传播速度——
2
E
1 c2
2E t2
0
2
B
1 c2
2B t2
0
真空中的波动方程，其解包括 各种形式的电磁波，c是电磁波 在真空中的传播速度。真空中， 一切电磁波都以速度c传播。
c 1 2.99792458108(m/s) 00
0、0分别为真空电容率、磁导率，是与参考系无关的 常数，这说明真空中光速与参考系无关（即与光源的 运动和观察者的运动无关），不应服从伽利略变换！

狭义相对论讲义课件

狭义相对论讲义课件
光速不变原理在现代物理学中有着广泛的应用，如量子力学 、广义相对论等。同时，它也是现代通信技术、激光技术等 领域的基础之一。
04
狭义相对论的时空观
同时性的相对性
01
同时性的相对性是狭义相对论 中的一个基本概念，指的是观 察者在不同参考系中观察到的 事件发生顺序可能会不同。
02
在相对论中，两个事件在不同 的参考系中同时发生，并不意 味着它们在所有参考系中都是 同时发生的。
狭义相对论的基本原理
相对性原理
物理规律在所有惯性参考系中形 式都保持不变。
光速不变原理
光在真空中的速度在所有惯性参 考系中都是相同的，约为每秒 299,792,458米。
02
洛伦兹变换
洛伦兹变换的定义
洛伦兹变换是用来描述不同惯性参考系之间坐 标和时间的变换。
在狭义相对论中，所有惯性参考系都是等价的 ，因此可以通过洛伦兹变换将一个惯性参考系 中的事件变换到另一个惯性参考系中。
3
通过洛伦兹变换，我们可以更好地理解狭义相对 论中的基本原理和概念，从而更深入地了解这个 理论。
03
光速不变原理
光速不变原理的表述
光速不变原理是狭义相对论的基本假设之一，它指出在任何惯性参考系中，真空 中光的传播速度都是恒定不变的，约为每秒299,792,458米。
光速不变原理可以表述为：无论观察者的运动状态如何，光的速度在真空中总是 相同的。
狭义相对论的质量和能量 质量与能量的关系
质量和能量是等价的：在狭义相对论中，质量和能量被视 为同一事物的两个方面，它们之间可以相互转换。
核能释放：核反应过程中，原子核中的质量会转化为能量 释放出来。
质能方程E=mc²：该方程表达了质量和能量之间的关系 ，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。

大学物理第6章狭义相对论ppt课件

大学物理第6章狭义相对论ppt课件

既然同时性是相对的，那么早与晚的时间顺序
是否也是相对的呢？即一个参考系早发生的事件，
在另一个参考系看来会晚发生呢？
是可能的。但具有因果关系的事件的时序是不
会颠倒的。
小结
时空与物质的运动是相互联系的; 空间距 离、时间间隔、同时性也是相对的，它们随物 体与观察者的相对运动状态而改变。 这就是狭义相对论的时空观。
x 2,y 2,u0.5c S
2
2
y
S(棒): 棒只在运动方向变长。
x x , y y
1 u2 / c2
o
固有长度:
lo (x)2(y)2=1.08m z
S y u
y
45°
x
o
x
x
z
补充例：π介子静止寿命为2.5×10-8s，实验时测得 其速率为0.99c，在衰变前可运行距离52m 问：实验结果与理论分析是否一致
K ：t(tuc2x)0, 解得: u=0.6c
xx1u2/c24106m
或 x( xu t)4106m
例题6.4.3 S系：两事件发生在同一地点， 且第二事件比第一事件晚发生t=2s；而S： 观测到第二事件比第一事件晚发生t =3s。 在S系中测得发生这两事件的地点之间的距离x是多 少？
解：能否用长度收缩公式？ 不行。
或者说：运动的时钟走得慢些(钟慢)。 时间膨胀(钟慢)是相对性效应，与钟表的具体运 转无关。
3.同时的相对性
设A、B两事件同时发生在S系的不同地点, 即
S : xx2 x1 0,tt2 t1 0
S:
tt2t1(tuc 2x)
ux c2 0
可见，在S系看来同时发生的事件，在S系看来
就不是同时发生的。所以同时性是相对的。

6狭义相对论精品PPT课件

6狭义相对论精品PPT课件

（1）两观察者分别观测原点 重合第一事件：
K系中 x0 0t K’系中 x' 0 't0
f g0
x' ax bt
K
K’ P
r
r
'
O
ro
O’
v
X X’
t ' dx et
（2）两观察者分别观测O’的运动作为第二事件：
x' 0 x v
bav
t
x' ax avt
t
'
dx
et
（3）两观察者分别观测O的运动作为第三事件：
u
, x
ux v
1
ux c2
v
ux
u
, x
v
1
u
, x
c2
v
当运动质点（光子）对0’系的速度为 c 时（即u ’x= c）
该运动质点（光子）对0系的速度也为 c（即u x = c）
显然，若不是“光速”
，则u
' x
ux
2) 洛仑兹变换包含了伽利略变换。
x,
x vt
1 v 2 0
c
x, xv
'
x x ' vt '
y
y'
z
z'
t
t'
u
x
u y
u
' x
u
' y
v
u z
u
' z
t
t'
a
x
a y
a
' x
a
' y
a z
a
' z

《狭义相对论》PPT课件

《狭义相对论》PPT课件
第
十 三
狭义
讲
相对论
运动是相对的，在研究运动相对性问题时，认识到 了参考系的概念。
本章研究的问题:
在两个惯性系中考察同一物理事件
通常： 实验室参考系 定为S系 运动参考系 定为S’系
1.伽利略相对性原理
从“三大守恒定律”到“牛顿运动定 律”，完成了“经典力学”的构建。几 乎可以用来解释所有宏观、低速运动现 象。 正如欧几里德几何建立在几条基本假设 的基础上， “经典力学的大厦”建立在“伽利略时 空观”的假设上。
o
v
vt
P
o' x '
x xx
之t坐时标后刻的质点研在究两参都照是系限下的于应z用这些z ' 基本规
律S解系决具zxy 体zxy问'''v题t 。
S '系
x' x vt y' y z' z
t t'
t't
r＝r vt dr ＝dr v dt dt
u u'v a du dt a' du' dt
界 体
伽利略相对性原理
系
的 对
力学规律对所有惯性系平权——
话
》 力学规律在所有惯性系中有同样的表达形式。
伽经利典略力坐学标规变律换 ：
S S'
建一个立参在照系伽静利止-略---时--空S 观系，上y 的动y力' 学量的
守另v 运一恒动个条-参--照件-系--的沿S’规o系x范，轴。以 实t 施0 方时两法坐：标重合 牛x 顿x'运 0动定律
迈克尔孙-莫雷实验的“零”结果
基本假设：光是波动；光在“以太”中以速度c传播；“以太”

狭义相对论 PPT课件 课件1 人教课标版

狭义相对论 PPT课件 课件1 人教课标版
PB2 48m02c2
l l0
1

u2 c2
S
S
x 1,t1
x2,t2
x 1 ,t1
x2 ,t2
运动时钟变慢
运动时间 t
静止时间 t
s y
s
'
y
'
A、B两钟同步
x0
A'
x'
t' t
1
u
2

c
o o'
A
x
B
s参考系
s '参考系
A'与A相遇为事件1 x1 , t1
x1' , t1'
静止质量不为零的物体速度不能是光速
相对论中的牛顿定律
m
m0
1
v2 c2
P＝mv
m0v
1
v2 c2
在相对论力学中仍用动量变化率定义质点受到
的作用F力，d即P： d (mv)mdvvdm
dt dt
dt dt
在 vc的条件下：
F
m0
dv dt
二、相对论动能
1kg这种核燃料所释放的能量为：
m 1 E m 282 .3 .749 1 8 1 9 0 6 1 0 2273.3 5110J4 /kg
这相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的1千多万倍！
例3 (1)求动量为0.60MeV/C时电子的能量.
解:当P=0.60MeV/C时，其能量为E，则有
2.0 51 014 J 1 eV 160 12 1 0J 9
例2、在一种热核反应
2 1H＋ 3 1H 4 2He0 1n 中
各种粒子的静止质量为：

狭义相对论基础PPT教学课件

狭义相对论基础PPT教学课件

1
u2 ＝5 c2
1－（9103 / 3108 )2
4.999999998m
差别很难测出。
若 u = o.98 c
l l0
1
u2 c2
＝5
1－（0.98)2 1 m
相差5倍！
例2、试从π介子在其中静止的参照系来考虑π介子的平 均寿命。
解：从π介子的参照系看来，实验室的运动速率为 u=0.99c, 实验室中测得的距离是 l=52m 为固有长度 ， 在π介子参照系中测量此距离应为：
小结
前言:
类型：港口,车站,航空港 影响因素：经济,社会,技术,自然
港
概念：具有一定面积的水域和陆域，供船舶
口 出入和停泊、货物和旅客集散的场所
的
建
区位选择：
自然条件：航行,停泊,筑港
设 经济和社会条件:腹地,城市
上 海 港
（1）是 ____上的港，兼作____港，主要港区 沿_____分布。
的 （2）_____是中国经济_____地区，包括
讨论 1) 同时性的相对性是光速不变原理的直接结果
2) 相对效应(总之；沿两个惯性系相对运动方向发生的两个
事件，在其中一个惯性系中表现为同时的，在另一惯性系中观 察，则总是在前一惯性系运动的后方的那一个事件先发生。）
3) 当速度 u 远远小于 c 时，两个惯性系结果相同
2.时间膨胀
y′
S ′系中， A ′处有光源闪光 M′
爱因斯坦
1）爱因斯坦的相对性理论 是牛顿理论的发展
一切物 理规律
力学 规律
2） 光速不变与伽利略变换 革命性
与伽利略的速度相加原理针锋相对
3） 观念上的变革
时间标度 牛顿力学 长度标度

第6章狭义相对论(完全版1)PPT课件

第6章狭义相对论(完全版1)PPT课件

*
9
a´ = a
经典力学认为,物体的质量与运动无关，于是有 Fm 'am aF
S
S
这就是说, 力学规律(牛顿运动定律)对一切惯性 系来说,都具有相同的形式;或者说, 在研究力学规 律时，一切惯性系都是等价的。力学规律(牛顿运 动定律)在伽利略变换下的这种不变性，叫做力学 相对性原理，或伽利略相对性原理。
绝对空间的传统观点。
飞行，宇船0.8c），那么飞船上测得的长度为
0.6米！！
大家对牛顿经典力学比较熟悉，牛顿经典力学适用
于宏观、低速运动。就是包括航天科技的科学试验也服
从牛顿力学。尽管火箭速度很大，但用经典力学去研究
不会出现偏差。因为火箭的速度和光速比较，还是太小
太小。
*
5
我们来看看牛顿的经典时空观：
1 时间间隔与参考系无关 所有的惯性参考系中对两事件的时间间隔测量
结果相同。时间的长短与参考系无关。 时间间隔是绝对的。
2 空间的长短与参考系无关 所有的惯性参考系中对两事件的空间间隔测量
结果相同。空间间隔的长短与参考系无关。
空间间隔是绝对的。
*
6
3 同时性与参考系无关 如果在一个惯性参照系下看，某两个事件
同时发生；在另一个惯性系下，该二事件仍然
同时发生。 同时性是绝对的。
第6 章
狭义相对论
Einstein (1879—1955)
(special relativity)
(6)
*
1
相对论和量子理论是20世纪物理学的两个最伟 大的科学发现。我们首先介绍相对论，再讨论量子 论。
爱因斯坦的相对论分为狭义相对论和广义相对 论。前者分析时空的相对性,建立高速运动力学方 程;后者论述弯曲时空和引力理论。

高一物理章节内容课件 第六章狭义相对论

高一物理章节内容课件 第六章狭义相对论

在地球坐标系中测出的 子的寿命
解：
例3（4378）火箭相对于地面以V=0.6C （C
为真空中光速）的匀速度飞离地球。在
火箭发射
秒钟后（火箭上的
钟），该火箭向地面发射一导弹，其速
度相对于地面为V1=0.3C，问火箭发射 后多长时间，导弹到达地球？（地球上
的钟）计算中假设地面不动。
解：火箭飞离地球到发射 导弹经历的时间间隔
中，两个事件同地发生）
4. 长度收缩（条件：在相对棒运动的参照 系中，要同时纪录棒两端的 坐标）
5. 相对论质量 6. 相对论能量 7. 相对论动量 8. 质点系动量守恒
9. 核反应的总能量守恒、释放的能量、质量 亏损
10 .相对论动量与能量的关系
例一（4604）设快速运动的介子的能量约为
E=3000MeV，而这种介子在静止时的
的速率V沿隧道长度方向通过隧道，若 从列车上观测：
（1）隧道的尺寸如何？ （2）设列车的长度为 ，它全部通过隧
道的时间？
1．（4720）解答 （1） 从列车上观察，隧道的长度缩短， 其他尺寸不变。隧道长度为
（2）列车全部通过隧道的时间为
2．（4373）静止的 子的平均寿命约
为
，今在8Km的高空，由于
能量为E0=100MeV。若这种介子的固有
寿命是
，求它运动的
距离。
例二（4733）已知一静止质量为m0的粒子， 其固有寿命为实验室测量到的寿命的
1/n，则此粒子的动能是多少？
例一（4604）解答
例二（4733）解答
例三（4735）已知 子的静止能量为
105.7MeV ，平均寿命为
。
试求动能为150MeV的子的速度是多少？

《狭义相对论》课件

《狭义相对论》课件

原子能级移动
总结词
狭义相对论预测了原子能级的移动，即原子能级的位 置会因为观察者的参考系而有所不同。
详细描述
根据狭义相对论，原子能级的位置会因为观察者的参 考系而有所不同。这是因为狭义相对论引入了新的物 理概念，如时间和空间的相对性，这导致了原子能级 位置的变化。这种现象被称为原子能级移动。
06
狭义相对论的背景和历史
狭义相对论的产生背景是19世纪末物 理学界出现的一系列实验结果，这些 结果无法用经典物理学解释，如迈克 尔逊-莫雷实验和洛伦兹收缩实验。
狭义相对论的提出者爱因斯坦在1905 年提出了特殊相对论，这是狭义相对 论的早期形式。在特殊相对论中，爱 因斯坦解释了时间和空间并不是绝对 的，而是相对的，并且提出了著名的 质能等价公式E=mc^2。
狭义相对论不仅在物理学领域产生了深远影响，还对哲学 、数学等相关学科产生了影响，促进了跨学科的交流与融 合。
THANKS
感谢观看
这与经典物理学中的绝对时空观念相矛盾，因为在经典物理 学中，时间和空间是绝对的，物理定律在不同的参照系中会 有所不同。
光速是恒定的，与观察者的参考系无关
这一假设表明光在真空中的速度对于 所有观察者都是一样的，无论观察者 的运动状态如何。这是狭义相对论中 最基本、最重要的假设之一。
这个假设与经典物理学中的光速可变 观念相矛盾，因为在经典物理学中， 光速会随着观察者的参考系而有所不 同。
03
时间膨胀和长度收缩
时间膨胀
总结词
时间膨胀是狭义相对论中的一个重要概念，指在高速运动的参考系中，时间相对于静止参考系会变慢 。
详细描述
根据狭义相对论，当物体以接近光速运动时，其内部的时间会相对于静止参考系减慢，这种现象被称 为时间膨胀。这是由于在高速运动状态下，物体的时间进程受到相对论效应的影响。
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a z a z
aa
a x a x a y a y
a z a z
在两个惯性系中 aa
二.牛顿的相对性原理
S Fma
S
F
m
a
F ma Fma
在牛顿力学中 力与参考系无关 FF
质量与运动无关 mm
宏观低速物体的力学规律
在任何惯性系中形式相同
或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 或 牛顿力学规律是伽利略不变式
如：动量守恒定律
S m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 0 m 2 v 20
S m 1 v 1 m 2 v 2 m 1 v 1 0 m 2 v 2 0
三、经典力学时空观: 绝对时空观
绝对时间 : t=t’ △t= △t’
绝对空间:
L=L’
绝对质量:
m=m’
时间、长度、质 量这三个基本量 在经典力学中认 为都与参照系的 相对运动无关
二.爱因斯坦的狭义相对论基本假设
1.一切物理规律在任何惯性系中形式相同
--- 相对性原理
2.光在真空中的速度与发射体的运动状态无关
讨论
—— 光速不变原理
Einstein 的相对性理论 是 Newton理论的发展
一切物 理规律
力学 规律
光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理针锋相对
革命性
放弃伽利略变换，从狭义相对论的相对性原 理和光速不变原理出发，寻找一个新的时空 变换关系，使任何物理规律在这一新的变换 下保持不变的表述形式，这一变换就是洛沦 兹变换。
y
S
y
S
u
P
并设 tt0时 o o 重合 o o
x
x
S 事件 Px,y,z,t寻找
S 事件 P x,y,z,t
两个参考系中 相应的坐标值 之间的关系
由狭义相对论的两个基本假设可得出如下结果
洛伦兹坐标正变换
x x ut
1
u2 c2
y y
洛伦兹坐标逆变换
x u t x
u2 1 c2 y y
爱因斯坦在1915年到1917年的3年中，还在 3 个不 同领域做出了历史性的杰出贡献 — 建成了广义相对论、 辐射量子理论和现代科学的宇宙论。
爱因斯坦获得 1921 年的诺贝尔物理学奖
1955年 ，伟大的物理学家爱因斯坦，告别了人世。
第6章 狭义相对论基础 本章：将对运动与时空有一崭新的认识
主要内容： 狭义相对论的基本假设 洛仑兹变换式 同时性的相对性 运动时钟变慢和长度缩短 洛仑兹速度变换 相对论性质量和动量 相对论性能量
讨论
2.由： 正变换
x x ut
y y z z
t t x c
可 t 与 x , u , t相联系，
知 说明时空是不可分割的
当u<< c 1
x x ut y y z z t t
伽利略变换 是洛沦兹变 换的低速近 似
3.时空坐标间隔的变换
设有两事件1、2： 在S系：（x1，t1）（x2，t2）,△ x=x2-x1
如何测量运动物体的长度： 同时测量物体两端点坐标
§2 狭义相对论的基本假设 伽利略变换及其与之相对应的牛顿力学相对性原 理，在相对论创建以前一直被人们认为是准确无 疑的。 一.伽利略变换的困难
1) 电磁场方程组不服从伽利略变换
2) 光速C 迈克耳逊-莫雷的 0 结果
3) 高速运动的粒子
19世纪末英国物理学家开尔文把这一矛盾称为 物理学晴朗天空边际的“一朵乌云”
§1 力学相对性原理和伽利略变换 在两个惯性系中考察同一物理事件
一.伽利略变换
设惯性系S 和相对S运动的惯性系S
t时刻，物体到达P点
y y S S
r
o o
u
rP xx
S r x,y,z,t v x,y,z,t
a
S
r x,y,z,t
v x,y,z,t
a
正变换
rrut
xxut y y
zz
解：
事件1（开始跑）
S系（地球）
x1,t1
S’系（飞船）
x’1,t’1
事件2（到达终点） x2,t2
x’2,t’2
§3 洛仑兹变换 一.时空坐标
1.事件:研究 空间
t 时间
时空坐标 x, y,z,t
t是坐标 x,y,z 处的时钟测出的 当地钟测当地时
3.同步钟:在确定的参考系中存在一系列的同步钟
S
S
u
二.洛仑兹变换
设惯性系S’相对于惯性系S 以速度u沿x轴匀速运动
千禧之年，加拿大的《环球邮报》请世 界各国的读者评选，从公元1001年至今， 1000年来对整个世界影响最大的100位名人。
莎士比亚？ NO！
比尔· 盖茨？NO！
拿破仑？ NO!
成吉思汗？ NO！
爱因斯坦: Einstein 是！
现代时空的创始人 杰出的物理学对人类社会进 二十世纪的哥白尼 步的影响，被全世界公认！
爱因斯坦 20世纪最伟大的物理学家，1879年3月 14日出生于德国乌尔姆，1900年毕业于瑞士苏黎世联 邦工业大学。1905年，爱因斯坦在科学史上创造了史 无前例的奇迹。这一年的3月到9月半年中，利用业余 时间发表了 6 篇论文，在物理学 3 个领域作出了具有 划时代意义的贡献 — 创建了光量子理论、狭义相对论 和分子运动论，对现代物理学的发展产生了及其重大 的影响 。
t t
逆变换
r r ut x x ut y y z z t t
y y S S
r
o o
u
rP xx
速度变换与加速度变换 正 vvu
v x v x u
v y v y
vz vz u 是恒量
逆 vvu
v x v x u 两个都是惯
性系
v y v y
v z v z
aa
a x a x a y a y
△t=t2-t1
在S’系 ：(x’1，t’1) (x’2，t’2), △ x’=x’2-x’1 △t’=t’2-t’1
正变换
逆变换
x x ut x x ut
t t x
c
t t x
c
例：一短跑选手，在地球上以10s的时间跑完了100m，在 飞行速度为0.98c的飞船中观察者看来，这选手跑了多长 时间和多长距离？
z z
z z
t
t
u c2
x
1
u2 c2
t
t
u c2
x
1
u2 c2
令 u
c
正变换
x x ut
y y z z t t x
c
1
则
1 2
逆变换
x x u t
y y
z z
t t x c
1.洛沦兹变换给出了两个惯性系中同 一事件的时空坐标之间的关系