狭义相对论的基本原理PPT课件

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大学物理狭义相对论基础全部内容ppt课件

c29979214 .25m 8s-1
.
33
▲ 揭示出真空的对称性质：对于光的传播而言，真空各向同性，所有惯性系彼此等价。
▲ c 是自然界的极限速率
1962年贝托齐实验
贝托齐实验结果
速率极限：指能量和信息传播速率的极限。
.
34
二.洛仑兹变换
1.坐标变换
S系P x,y,z,t 寻找对同一客观事件 P，
行星的自转或公转；单摆；晶体振动；分子、原子能级跃迁辐射……
国际单位：“秒”
与铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射周期的9192631700倍（精确度 1012~1013）
校钟操作：
O
A
B
l
l
.
14
由此在一个惯性系中的不同地点建立统一的时间坐标：
y
对不同惯性系
伽利略变换中我们默认了
S系 P x ,y ,z,t
两个惯性系中相应的坐标值之间的关系。
S系
y
o z

S 系
y
up
o z
当 tt时0 ，
由 o( o发出)光信号，
x 光信号到达 P ：
x
S: P(x, y,z,t)
S: P(x, y,z,t)
.
35
S y S y′
u • P (x, y, z,t)
在 S, S中，
r
r P(x,y,z,t) 真空中光速均为 c
以分子运动为基础的微观理论(统计物理学)
.
4
物理学家感到自豪而满足，两个事例：
在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据的小数点后面添加几位有效数字而已。

41狭义相对论基本原理洛伦兹变换精品PPT课件

x
在 K中Px,y,z,t寻找对同一客观事件
在 K'中 P x,y,z,t
两个参考系中相应的坐标值之间的关系
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坐标变换式
x x vt
1
v2 c2
y y
z z
t
t
v c2
x
1
v2 c2
x ' v t'
x
1
v2 c2
y y
或
z z
t
t
v c2
x'
1
v2 c2
上页下页返回退出
t't'2t'1
2l2
c1
v2 c2
2l1
c1
v2 c2
1/
2
上页下页返回退出
上页下页返回退出
如果实验前提正确，应该观察到0.4条的条纹移动。可是他们没有得到应有结果。后来又在德国、美国、瑞士多次重复该实验，得到的仍然是 “0结果”。迈克尔逊在 70 高龄时仍在做这方面的工作。
x x vt
y y z z
伽利略变换
t t
变换无意义
速度有极限
上页下页返回退出
在实际应用时常用相对量的变换
{ { x
=
x
1
ut β2
或
t = t ux c 2
x
=
x + ut 1β 2
t = t +u x c 2
1β 2
1β 2
上页下页返回退出
思考题：
1. 在某一惯性系中同时同地发生的事件，在所有其他惯性
令
v
c
则

大学物理相对论ppt课件

比 B早接收到光
事件1、事件2 不同时发生
事件1先发生 t 0
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
用洛仑兹变换式导出
t2
t2
u c2
x2
1 u2 c2
t1
t1
u c2
x1
1 u2 c2
t
t2
t1
t
u c2
1 u2
x
c2
若x 0 已知 t 0
t
u c2
x
0
同时性的相对性
在一个惯性系的不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系是不同时的。
2、纵向效应
l l0 1 u2 c2
在两参考系内测量的纵向（与运动方向垂直）
的长度是一样的。
3、在低速下伽利略变换
l l0 1 u2 c2
u c l l0
6-3 狭义相对论的时空观
例2、原长为10m的飞船以u＝3×103m/s的速率相对于地
面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？
t
t
u c2
x
1 u2 c2
c
5.77 109 s
u c 1 ( x )2 x
6-3 狭义相对论的时空观
二.长度的相对性
运动的棒变短
长度测量的定义
对物体两端坐标的同时测量，两端坐标之差就是物体长度。
S S
u
l0
原长棒相对观察者静止时测得的它的长度
（也称静长或固有长度）。
棒静止在S'系中 l0是静长
u
隧
a火车b
A
道
B
在地面参照系S中测量，火车长度要缩短。但隧道的B端与火车b端相遇这一事件与隧道A端发生闪电的事件不是同时的，而是B端先与b端相遇，而后A处发生闪电，当A端发生闪电时，火车的a端已进入隧道内，所以闪电仍不能击中a端。

物理第六章狭义相对论基础PPT课件

第18页/共51页
洛仑兹坐标变换式
正变换
逆变换
x
x ut
1
u2 c2
y y
z z
t
t
u c2
x
2
1 u2 c 第19页/共51页
x x' ut '
1
u2 c2
y y
z z
t
t'
u c2
x'
1
u2 c2
令 u
c
正变换
1 1 2
逆变换
x x ut x x ut
y y
第2页/共51页
v ' a'
正变换：
把S′系的各量用S系的各量表示。
y
y’
u
P(x, y, z, t)
ut o
o’ z
z’
坐标变换
x' x ut y' y z' z t' t
x’
x’
x x
速度变换
加速度变换
vx vx u
vy vy
a' a
vz vz
——伽利略变换式
第3页/共51页
o
x1
第14页/共x251页 x
l x2 x1 ut
Δt是B′、A′相继通过 x1这两个事件之间的固有时。
l和l ' 之间有什么关系呢？
在S′系，棒静止，由于S系向左运动，x1这一点相继经过B′和A′端。
y
u
o
y
u
o o′ y′
o′
y′
A’
A′ x1
x1经过A′和B′两事件之间的时间间隔，在S’ 系中测量为：

《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”

62狭义相对论基本原理精品PPT课件

2E t2
2xH 2 2yH 2 2zH 2 C 12
2H t2
式中：C为真空中的光速
C 1 3.0108m/s
00
如何看待这个电磁波和光速呢？由于牛顿定律在人们头脑中的统治地位。人们很自然地要与曾用牛顿定律成功解释过的机械波来类比。
机械波
电磁波(光）
1）依靠弹性媒质传播， 1）依靠弥漫宇宙的
C
C
u 测得为：
u 测得为：
Cu
Cu
正同顺风与逆风骑自行车感觉风速不一样。
迈克尔逊干涉仪是通过干涉的办法通过干涉条纹的移动
来测量光速的。但实验结果并没有看到风预期的条纹移动。
干涉仪是精度很高的仪器，这一结果只能得出光沿任何方向传播时光速都是一样的结论。这结果正于人们顺风骑自行车与逆风骑自行车时感觉到的风速是相同的一样。不合人们的逻辑，称之为实验的负结果。使人大吃一惊！
t't
这些概念都是人们在低速条件下生活在头脑中的反映。
§6-2-1 狭义相对论的基本原理和洛仑兹坐标变换
（Basic principle of special relativity and the Lorentz transformation）
一、时代背景
自牛顿定律建立起来以后，人们成功地解释了
因为这意味着经典物理学出了问题，意味着什么绝对时间、绝对空间、伽利略变换等等都是错误。就像一朵乌云一样遮住了物理学晴朗的天空。
一部分人感到沮丧，我们绝对相信的牛顿定律尽然不灵了，这…岂不是科学的毁灭吗!
有一部分人不相信实验的真实性，继续改进实验设备做实验。而且春天、夏天、秋天、冬天都做; 平地做、高山做…实验精度越来越高，能做实验的人越来越多，乃至几乎每个大学都能做，但结果仍然一样，地球上的光速与地球速度无关。

第05章第2节狭义相对论的基本原理精品PPT课件

(x1,t1)
(x2 ,t2 )
子静止的参考系 0 t2 t1
t2 t1 ? 地面参考系
• 例5-3-2（自学）
• 例5-3-3
事件1
S
v
事件2 S
• 例5-3-3
S
v
(x1,t1) (x2,t2)
(x1,t1) (x2,t2)
S 已 x 2 x 知 1 和 t2 t1 ， x 2 x 求 1 ?
r r v 0 t v v v 0
a m F
m aFma
F满足力学相对性原
• 同时的相对性—爱因斯坦火车实验
v
v
A
C
B A
C
B
A
C
BA
C
B
• 狭义相对论的基本原理
（1）相对性原理：“物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在相互匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。”
能否t出 2t1现与 t2t1的符号相
• 相对论中的因果律
t2 t1 与 t2t1反号 1c u 2x t2 2 tx 11 0
1cu2xt2 2 tx11 xt2 2 tx11cu2c
• 例5-3-1（与题5-4类似，自学）
( x1, t1 )
(x1,t2)
Loren变 tz 换
vx
Байду номын сангаасvx u
1
u c2
vx
vy
vy
1
u c2
v
x
vz
vz
1
u c2
v
x
u:在一个参考系里一观个测参另考系的速率 v:在 S系中观测到于 S 的系质的点速相度 v:在 S系中观测到于 S的系质的点速相度

《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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个光信号。经一段时间，光传到 P点。
我们可以把光到达P点看作一个事件。而事件是在一定的空间和时间中发生的，可以用时空坐标来表示。
S P x,y,z,t 寻找对同一客观事件，两
个参照系中相应的坐
S P x ,y,z,t
标值之间的关系。
.
4
1.洛仑兹坐标变换 •由光速不变原理：
x2y2z2c2t2 (1 )
S S u
P
xx O O’ ’
x 2y 2 z2 c2 t2(2 )
站在S和S/的人都认为自己是静止不动的，而且
•由发展的观点：
光速也不变的。
u<<c 情况下，狭义牛顿力学 yy zz
•由于客观事实是确定的：
x,y,z,t对应唯一的 x,y,z,t
下面的任务是，根据
设： x xt (3 )上述四式，利用比较
例2、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抛出一物体，物体相对飞船速度为0.90c 。问：从地面上看，物体速度多大？
解：选飞船参照系为S’系。地面参照系为S系。
S S’ u
u0.80 c vx 0.90c
X(X’)
由洛仑兹速度变换关系可得：
vx
vx u
1
u c2
v x
0.90c0.80c 10.800.90
0.99c
.
13
下面我们来考察空间中的两个不同事件。
3.两个事件的时空关系
对于不同的两个事件：
S
事件1
(x1 , t1 )
事件2
x2,t2
S
x1 ,t1
x2 ,t2
两事件时间间隔 t t2t1 tt2 t1
两事件空间间隔 xx2x1 xx2 x1
。这种变换称为坐标正变换.。
6
由S/系到S系的逆坐标变换为：
S系
x x'ut' (x'u't)
1(u / c)2
yy' zz'
1 1(u / c)2
1
t
t'ux' / c2 1 (u / c)2
(t'ux'/c2)
讨论 1)相对论因子
1 1(u / c)2
总是大于1
2)（x,y,z,t)和(x’,y’,z’,t’)是事件的时空
狭义相对论基本假设洛仑兹变换
.
1
一、狭义相对论的两个基本原理
1.内容 1.狭义相对性原理：一切物理规律在任何惯性系中
都具有相同的形式。即：物理定律与惯性系的选择无关，对物理定律来说，所有惯性系都是等价的。
2.光速不变原理：在所有惯性系中，光在真空中的速率相同，与惯性系之间的相对运动无关，也与光源、观察者的运动无关。
t xt ( . 4 )系数法，。确定系数 5
最后得到洛仑兹坐标变换：
S'系
xz'z
1 1(u / c)2
1
t ux / c2 t'
(tux/c2)
相对论因子
1 (v / c)2
这种变换是已知事件在S系中的时空坐标（x，y，z， t）变换成事件在S/系中的时空坐标（x/，y/，z/，t/）
dt
1
u c2
vx
dt
1
u2 c2
由上两式得
vy
vy 1cu2vx
1uc22
vy
(1cu2vx)
同样得
vz
vz 1cu2vx
1uc22
vz
(1cu2vx)
.
10
洛仑兹速度变换式
正变换
v x
vx 1
u
uv x c2
vy
vy
(
1
u vx c2
)
逆变换
vx
v x 1
u
u v x c2
vy
vy
(
1
观叫做狭义相对论的时空观。
.
8
2.洛仑兹速度变换
定义
vx
dx dt
, vx
dx dt
x'(xu)t
t'(tux/c2)
由洛仑兹坐标变换
ddxtddxtddtt(vxu)
ddtt(1cu2 vx)
上面两式之比
v x
.
vx u
1
u c2
vx
9
由洛仑兹变换知
dy dt
dy dt
dy dt
d t
dt
.
坐标
7
3)当 u « c 时，γ→1
x'(xu)t
正变换
y'y
回到伽利略变换
z'z
t'(tux/c2)
4) u > c 变换无意义, 存在极限速度c .
x x ut y y z z t t
5) 洛仑兹变换与伽利略变换相比，洛仑兹变换中的时
间坐标和空间坐标相互联系在一起，不再是独立的了
。时间与空间的测量都与参照系有关，这种新的时空
我们不应当以适用于低速情况的伽利略变换为根据去讨论光速应该如何如何，而应当反过来，用光速不变这个实验提供的事实作为前提和基础，去讨论正确的时空变换。
.
3
二、洛仑兹变换
S S
S为静系，S’以u沿ox轴向
u
右运动。
t t 0时刻,
P
S与S ' 两个坐标系重合
x
x’
t=t，=0时，由原点发出一 O O’
2.明确几点
1) 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展
一切物理规律
. 力学规律
2
2.光速不变否定了绝对时空概念。不存在绝对运动或绝对静止。光速不变也与伽利略的速度相加原理是不相容的。
3) 爱因斯坦理论带来了观念上的变革牛顿力学：
时间、长度、质量的测量均与参照系无关
狭义相对论力学：
时间、长度、质量测量的相对性，与参照系有关
x1'(x1u1)t
x2'(x2u2t)
S系
x( xu t)
t(t'ux'/c2)
x 2 ' x 1 '[x 2 ( x 1 ) u (t2 t1 )]
由洛仑兹坐标变换可得，第一个事件发生的时刻为：
（2）第t'1 二事件( 发t1 生的时c u 刻2为x 1 ：) 1 .2 5 1 0 7s t'2(t2c u 2x 2)3 .5 1 0 7s
∴ 在S’系中测得这两个事件的时间间隔为
： Δ t t 2 ' t ' 1 . ' 2. 1 2 7 0 s 5 12
根据洛仑兹变换，有：
t'1(t1u1x/c2) t.'2(t2u2x/c2) 14
t t2 t 1 [t2 ( t 1 ) u ( x 2 x 1 ) /c 2 ]
t'( tu x/c2)
同理：
S'系
t(t'ux'/c2)
x'( xu t) t'(tux/c2)
由 x'(xu)t有:
uvx c2
)
vz
vz
( 1
u vx c2
)
vz
vz
( 1
uvx c2
)
.
11
例1 设S’系以速率u=0.6c相对于S系沿xx’轴运动,且在t=t’=0时，x=x’=0。(1)若在S系中有一事件发生于t1=2.0×10–7s,x1=50m处,该事件在S’系中发生于何时刻？(2)如有另一事件发生于S系中,t2=3.0×10–7s ，x2=10m处，在S’系中测得这两个事件的时间间隔为多解少：（1）u=0.6c ,∴ γ=5/4