第十七章狭义相对论基础PPT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。

与 Ox方向成45 角。问: ⑴ S系中的观察者测得尺
的长度是多少？ ⑵ S’系相关于 S 系的速度是多少
？ 解: 依题意知 S’ 系: l 1 m
y y
u
30
lx l cos 30 ly l sin30
O O
x x
z z
S 系:
lx l cos45 l y l sin45
⑴ l y ly l sin45 lsin30
v x , v y , vz 与 vx , vy , vz
由洛伦兹坐标变换
x ( x ut)
微分得
t
(t
u c2
x)
dx vx
(dx
dx dt
udt)
dx udt u
dt c2 dx
dt dx
dt
(dt u
u c2
vx
u dx
1 c2 dt 1
x)
t
(t
u c2
x)
5、 自然界中任何物体的速度都不能大于光速
当 u > c 时， 换失去意义。
1
u2 c2
1 2
成为虚数，洛伦兹变
§19-4 狭义相对论的时空观
一、 同时的相对性 在一个惯性系中观察是同时发生的两事件,在
另一个惯性系中观察不一定是同时发生的。
事件1：闪光 到达车尾
y’
y
车中观察者：同时到达
l lsin30 sin45 0.707m
⑵在Ox方向上,由长度收缩效应有
l x 1lx
lx l x
l cos45 l cos 30
sin30 cos45 sin45 cos30
1 3
u2 1
1 c2 3

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即： m 1/ 1 v2 / c2
或 m k / 1 v2 / c2
令 u=0 时，m=m0，可得：k=m0，由此得： m m0 1 v2 / c2 p mv m0v 1 v2 / c2
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3.相对论的能量 总能：
E mc2
静能：
E0 m0c2
动能：
Ek mc2 m0c2
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绝对时空观：
时间：是一种自然的流逝。“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。”
空间：是一种物质运动的场所。“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。”
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1.光的速度与迈克尔逊－莫雷实验
1 ct d 2 1 u2t2
2
4
t 0
S
1u2 / c2
u M
ct / 2
d
C
ut / 2
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结论：
1）运动的钟变慢：
t 0
1 u2 / c2
2）运动参照系中所有物理过程的节奏都变漫了。
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3.长度量度的相对性
S'(尺静止) :
动能（Ek）：
Ek
1 2
mv2
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1.2 经典动力学的局限性： 局限性：高速运动时不能适用，不满足相对性原 理，即不满足洛仑兹变换下的不变性。
经典动力学的改造： 1）改造物理定律，物理量的定义不变； 2）重修定义相关物理量，物理定律不变。
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2．相对论的质量与动量

§17.2 Einstein相对性 Einstein相对性 原理和光速不变
Einstein’s Principle of Relativity and Constancy of Light Velocity
狭义相对论的基本假设： 狭义相对论的基本假设：
相对性原理： （1）相对性原理：一切物理定律在所有惯 性系中的形式保持不变。 性系中的形式保持不变。
u

x′ = x − ut y′ = y z′ = z t′ = t
O O′ z′ x = x ′ + ut ′ 逆变换： 逆变换： y = y′ ( x′, y ′, z ′, t ′) z = z′ ↓ ( x, y , z , t ) t = t′
电磁场规律可导出电磁波（光波） 电磁场规律可导出电磁波（光波）满足的波动方程为
v v v v 2 2 2 ∂ E ∂ E ∂ E 1 ∂ E + 2 + 2 − 2 2 =0 2 ∂x ∂y ∂z c ∂t
2
r E = E (r ) cosω t − + φ c
第17章 17章
狭义相对论基础
1905年 1905年6月， A. Einstein发表 发表 了长论文《论动体的电动力学》 了长论文《论动体的电动力学》， 完整地提出了狭义相对性理论， 完整地提出了狭义相对性理论，即 狭义相对论。它是区别于牛顿 区别于牛顿时空 狭义相对论。它是区别于牛顿时空 观的一种新的时空理论 时空理论。 观的一种新的时空理论。 狭义（特殊） 狭义（特殊）——只适用于惯 只适用于惯 性参照系。 性参照系。 相对论和量子论是近代物理学的两大基础理论。 相对论和量子论是近代物理学的两大基础理论。 是近代物理学的两大基础理论