大学物理狭义相对论基础全部内容 ppt课件

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狭义相对论基础简.ppt

解：
（1）质量（能量）守恒：
M m0
m0 1 0.62
9 4 m0
（2）动量守恒：
（3）
P m0 0.6c 1 0.62
P MV V
3 4 P
m0c 3
4
m0c
1c
M
9 4
m0
3
Ek Mc2 M0c2 Mc2 Mc2 1V 2 / c2
3 (3 2 4
2 )m0c 2
解：（1）v
v u 1 vu / c2
0.6c 5 c 13
1 0.6 5
0.8c
13
（2）m
m0 1 v2 / c2
5 3
m0
（3） m
m0 1 v2 / c2
5 4 m0
Ek
mc2
m0c2
1 4
m0c2
7. 相对论碰撞：两相同粒子 A、B，静止质量均为 m0，粒子 A 静止，粒子 B 以 0.6c 的速度与 A 发生碰撞，设碰撞后两粒子粘合在一起组成一复合粒子。求：复合粒子的质量、动量和动能以及运动速度。
解：
t2 t1 0.125s 1.25107 s ， x2 ' x1 ' 100m
t1
t1 ' ux1 1 u2
'/ c2 / c2
t2
t2 ' ux2 1 u2
'/ c2 / c2
t2
t1
t2
'
t1
' u(x2 1 u2
' x1 / c2
')
/
c2
t2 ' t1 ' t2 t1 1 u2 / c2 u(x2 ' x1 ') / c2 107 s 0.1s

大学物理《狭义相对论基础》PPT课件

第10章狭义相对论基础 10章
将整个装置转90° 此时,两光线正好互换, 将整个装置转 °,此时,两光线正好互换,所需时间差: 2
Lu t′ = t1 t2 ≈ 3 c 2 Lu 光程差: δ ′ = c t′ ≈ c2 2 2Lu 转动前后总的光程差: 转动前后总的光程差: δ = δ δ ′ ≈ 2Lu 0 2 c 2Lu2 转动前后条纹移动数: 转动前后条纹移动数: N = δ0 / λ ≈ λc2
逆变换
u2 1 2 c y = y′ z = z′
x=
u t′ + 2 x′ c t= u2 1 2 c
哈尔滨工程大学理学院
伽利略变换洛仑兹变换
第10章狭义相对论基础 10章
2
ct2 2 ut2 2 2 即( : ) = L +( ) 2 2
2L c u
2 2
∴ t2 =
2L u2 1 = ( 2) 2 1 c c
Lu2 两光线的时间差: 两光线的时间差: t = t t ≈ 1 2 c3 Lu2 光程差: 光程差: δ = c t ≈ c2
哈尔滨工程大学理学院
伽利略变换洛仑兹变换
伽利略变换洛仑兹变换
第10章狭义相对论基础 10章
第10章狭义相对论基础 10章
爱因斯坦( 爱因斯坦(Albert Einstein, , 1879—1955), 世纪最伟大的物理 ),20世纪最伟大的物理 — ), 学家,先后于1905年和年和1915年创立了学家,先后于年和年创立了狭义相对论和广义相对论.他于1905 狭义相对论和广义相对论.他于年提出了光量子假设,为此于1921年年提出了光量子假设,为此于年获得诺贝尔物理学奖. 获得诺贝尔物理学奖.他还在量子理论方面具有很多重要的贡献. 论方面具有很多重要的贡献. 爱因斯坦的哲学观念: 爱因斯坦的哲学观念:自然界应当是和谐而简单的. 然界应当是和谐而简单的. 理论特色: 理论特色:出于简单而归于深奥. 于深奥.

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。

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。

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

史彭大学物理：狭义相对论力学基础PPT 共146页

dx ' adxbaub0 dt dt
u
O
O'
x (x')
ubaConst
对O点: x a 'x b (t 'd x )/e0 b (t '0 )/eb/e t'
dx' u b
dt'
e
a e
x 'a(xu)t t 'd x a t
物理系：史彭
大学物理：狭义相对论力学基础
讨论
x' (x ut)
(1) 空间测量与时间测量相互影响，相互制约 t´是 t 和 x 的函数， x´是 t 和 x 的函数
t

(t

u c2
x)
(2) 当u << c 洛伦兹变换简化为伽利略变换式

1
1
u2 c2
1
x 'xutt't
说明经典力学理论是相对论理论在低速下的近似
两朵小乌云迈克耳逊——莫雷“以太漂移”实验
黑体辐射实验
狭义相对论量子力学
近代物理学的两大支柱，逐步建立了新的物理理论。
强调近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。
近代物理不是对经典理论的简单否定。
物理系：史彭
大学物理：狭义相对论力学基础
相对论基本原理
爱因斯坦两个假设
物理系：史彭
大学物理：狭义相对论力学基础
§15.2 狭义相对论的两个基本假设
一. 伽利略变换的困难
Maxwell电磁场方程组不服从伽利略变换，光速相对哪个系？
1. 绝对参照系由“绝对时空”观点，一定存在一个与绝对时空相对静止的参照系——绝对参照系 2. “以太”假设以太——充满空间、无质量、刚性、相对绝对空间静止的介质。相对以太的速度——绝对速度 3. 寻找绝对参照系的方法由于力学相对性原理，在各惯性系中的力学现象相同只能用非力学的其它学科实验寻找

狭义相对论基础PPT课件

现代物理学讲座
狭义相对论基础
狭义相对论基础
special relativity 狭义相对论的基本假设同时性的相对性运动时钟变慢和长度缩短洛仑兹(时空和速度)变换相对论性质量相对论性动量和能量
数学上很容易，观念上不易理解
Galileo
Newton
Maxwell
Lord Kelvin (William Thomson)(1824-1907)
即
m
d
u m
d
(u v)
dt
dt
m
d
u
dt
F m d dt2r2 , F md d2r2 t
FF
这说明牛顿力学中的运动方程在伽利略变换下基本方程保持形式不变。
如：动量守恒定律
Sm 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 20
二、Albert Einstein 的选择
由牛顿时空观出发，已知在伽利略变换下，一切力学规律对所有的惯性系都有相同的形式，但电磁学却不服从伽利略相对性原理。
从逻辑上说，对同一种变换，力学规律有相同的形式，而电磁学规律的形式却不相同，这是不可思义的。这个矛盾的存在有两种可能性：一种可能性是Maxwell给出的电磁学理论并不正确，而Galilean transformation是正确的；另一种可能性是Maxwell theory 是正确的，但力学规律在高速（v→c）情况下并不正确，Galilean transformation在高速情况下，也不正确，应存在一种新的变换，
Albert Einstein所建立的相对论，就是在下列思想基础之上的，即时空具有更深刻地均匀性，自然定律在时空的四维“空间”的一组变换 Lorentz transformation下是不变的，时空中的旋转和平移是这类变换的特殊情形。

第一章狭义相对论基础精品PPT课件

电磁波(光)传播的媒质是以太,以太静止在绝对空间.
§2 迈克耳孙—莫雷实验
一.问题的提出
光相对以太的传播速度为c, 若有其它惯性系相对绝对空
•是否有一个与绝对空间相对间运动,则相对此惯性系的
静止的参考系？
速度将不是c.
•如果有,如何判断它的存在?
•显然力学原理不能找出这个特殊的惯性系,那么电磁学现象呢?
y y S S
两者重合.
说,都遵从同样的规律;或者
y y
说,在研究力学规律时,一切惯性系都是等价的.——力学相对性原理.
二.伽利略变换式
v
vt
O O
•P
x
x
z z
x x
力学相对性原理的数学表述. z z
考虑两个惯性参考系S(Oxyz)
S相对S系以v沿x轴运动和S(Oxyz), 它们的对应坐
点P在两坐标系中的关系为: 标轴相互平行, 且S系相对
换言之,绝对静止的参考系是不存在的.
§3.狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式
x x vt
y y
z
z
或
t t
x x vt
y y
z
z
t t
——伽利略速度变换.
其矢量形式为: u= u + v
上式再对时间求导:
a a
x y
a a
x y
a z a z
其矢量形式为:
a = a
物体的加速度对伽利略变换是不变的.
即牛顿定律对S系和S 系有相同的形式.
x x vt
y
y
z z
S系以速度沿Ox轴的正方向运动.开始时,两惯性系重合.
伽利略位置坐标变换 t=0时，

狭义相对论力学基础课件

一个参照系可以校准所有的时钟，有统一时间基准。
狭义相对论力学基础课件
27
三. 洛仑兹变换蕴含的时空观(一)
1. 由洛仑兹变换看同时性的相对性
事件1 事件2
S
(x1,t1)
(x2 ,t2 )
两事件同时发生 t1 t2
tt2 t10
狭义相对论力学基础课件
S
( x1, t1 ) (x2 , t2 )
t t2 t1
S S
u
A M B
研究的问题
两事件发生的时间间隔
S ？
S
M 发出的闪光光速为c
M
S？
AMBM A B 同时接收到光信号
事件1、事件2 同时发生
狭义相对论力学基础课件
33
S系中的观察者又
如何看呢？
S S
u
M 处闪光光速也为 c
A B 随 S 运动
A M B
A 迎着光比 B早接收到光
事件1、事件2 不同时发生事件1先发生 M
发生在x’=－ut’处，
即 x’+ut’=0。
yS
y
S
u
x
o o
x
说明该事件的两观测值x与（ x’+ut’）必成比率，即 x=k(x’+ut’) 。
同样地，对于在S’系中O’点于t’时刻发生的事件，其x’=0。但在S系中观察为该事件发生在x=ut处，
即 x－ut=0 。
说明该事件的两观测值x’与（ x－ut）必成比率，即有 x’=k’(x－ut) 。
在两个惯性系中考察同一物理事件
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
O,O 重合时，t t 0计时开始。

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• 在一个惯性系中所做的任何力学实验，都不能判断该惯性系相对于其它惯性系的运动。
伽利略对匀速直线运动船舱内现象生动描述
变换一个参考系的描述另一参考系的描述
或操作
二、伽利略变换
S系和 S 系坐标轴相互平行, S 系相对于 S系沿 +x 方向以速率 u 运动，
当 O 和 O重合时，令 tt0
物理学还存在许多未知领域，有广阔的发展前景。
两朵乌云——暴风骤雨——20世纪初物理学危机
物理学正在临产中，它孕育着的新理论将要诞生了。
新理论：相对论、量子力学，
—— 列宁
深刻影响现代科技和人类生活
相对论的思想基础：对称性观念
物理规律不因人（参考系）而异，参考系变换应该是物理定律的对称操作。
一切惯性系对物理定律等价——狭义相对论惯性系和非惯性系对物理定律等价——广义相对论
前言：相对论产生的历史背景和物理基础
经典物理：伽利略时期 —— 19世纪末经过300年发展，到达全盛的“黄金时代”
形成三大理论体系
1.机械运动：以牛顿定律和万有引力定律为基础的经典力学
2.电磁运动：以麦克斯韦方程组为基础的经典电磁学 3.热运动：以热力学定律为基础的宏观理论(热力学)
以分子运动为基础的微观理论(统计物理学)
S系 S系
y
y
u
x
o
o
x
z
z
坐标变换：
r r u t
速度变换：
vv u
S系
S 系
y o
y r
ut
o
u
r
p
x
x
z
z
坐标变换分量式：
x x ut
y y
z z
或
t t
正变换
x x ut y y z z t t
逆变换
速度变换分量式：
正变换
v v
' x
' y
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
重点：狭义相对论的两条基本原理洛仑兹坐标变换狭义相对论时空观（“同时”的相对性、钟慢尺缩）质速关系，质能关系，能量与动量关系
难点：狭义相对论时空观 *广义相对论的两条基本原理 *时空的几何化，空间弯曲
绝对空间就其本质而言，是与任何外界事物无关的，而且是永远相同和不动的。
—— 牛顿
空间先于运动存在，是盛放物质的容器和物质运动的舞台。
两朵乌云： 1. 迈克尔孙 — 莫雷实验的“零结果”
2. 黑体辐射的“紫外灾难” 三大发现：
实验结果与理论不符
1. 电子：1894年，英国，895年，德国，伦琴
1901年获第一个诺贝尔物理奖
3.放射性：1896年，法国，贝克勒尔发现铀，居里夫妇发现钋和镭，共同获得1903年诺贝尔物理奖
伽利略变换
洛仑兹变换
实验检验
绝对时空观
狭义相对论时空观比较
相对论动力学基础
广义相对论时空观
学时： 8 （狭义相对论）; 自学*广义相对论简介
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
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
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
zo
x tt 或 tt
S 系与 S系中的钟一旦在 O 与重O合时校对好，则
2. 空间：用以表征物质及其运动的广延性
空间测量：刚性尺国际单位：米
光在真空中 29979241秒58的时间间隔内传播的
距离。
长度的测量：
长度 = 在与长度方向平行的坐标轴上，物体两端坐标值之差注意：当物体静止时，两端坐标不一定同时记录；
当物体运动时，两端坐标必须同时记录。
xA( t1 )
xB( t0 )
同学们好！
物理书都充满了复杂的数学公式。可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理论的开端。
－－爱因斯坦
《物理学的进化》
阿尔伯特.爱因斯坦（1879 — 1955）
?
第八章狭义相对论 *广义相对论简介
力学相对性原理对称性扩展
狭义相对性原理光速不变原理对称性扩展广义相对性原理等效原理
vx vy
u
v
' z
vz
逆变换
v v
x y
v
' x
v
' y
u
v z
v
' z
伽利略变换中已经隐含了时空观念三 . 绝对时空观
1. 时间：用以表征物质存在的持续性，物质运动、变化的阶段性和顺序性。
时间的测量：“钟”
任何周期性过程均可用来计量时间。例如：
行星的自转或公转；单摆；晶体振动；分子、原子能级跃迁辐射……
读数始终保持相同，不受钟运动状态的影响。
在不同惯性系中测量同一事件发生的时刻或两事件的时间间隔，所得的结果相同。
时间测量与惯性系选择无关。
绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且，由于其本性在均匀的，与任何其它外界事物无关地流逝着。
—— 牛顿
即：时间先于运动存在。没有时间，无法描述运动；而没有运动，时间照样存在和流逝。
从伽利略到爱因斯坦力学相对性原理
狭义相对性原理
对称性扩展
广义相对性原理
相对论并不神秘——需要摆脱日常生活（低速领域）经验的束缚，自觉地进行理性思维训练。
§8.1 力学相对性原理伽利略变换
一.力学相对性原理力学定律在一切惯性系中数学形式不变
理解： • 体现对称性思想 —— 对于描述力学规律而言，一切惯性系彼此等价。
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。
——开尔芬（1899年除夕）
理论物理实际上已经完成了，所有的微分方程都已经解出，青年人不值得选择一种将来不会有任何发展的事去做。
——约利致普朗克的信
xA (t0 )
xB( t0 )
S系 S 系
y y
u
o o x1
由伽利略变换：
x
x2 x
x1 x1 ut1 x2 x2 ut2
设直尺相对于S系静止直尺长度 x x 2 x 1 x 2 x 1 u ( t 2 t 1 )
t1 t2 x 2x 1x 2x 1
即：尺的长度与其运动状态无关；空间测量与惯性系的选择无关。