大学物理相对论深刻复习提纲.ppt
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1、1,牛 顿 力 学,麦 克 斯 韦 电 磁 场 理 论,热力学与经典统计物理,迈克耳孙莫雷实验,黑体辐射实验,强调,近代物理不是对经典理论的简单否定。,近代物理不是对经典理论的补充,而是全新的理论。,狭义相对论,量子物理,近代物理学两大支柱,19世纪后期,物理学的三大理论体系使经典物理学已趋于成熟。,第十四章 相对论,本章内容:,14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 14-2 迈克耳孙-莫雷实验 14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 14-4 狭义相对论的时空观 14-6 相对论性动量和能量,大学物理(下册),2014年11月,3,经典力学时空观-绝对性,空间是绝对的: 空间与运动
2、无关,空间绝对静止.空间的度量与惯性系无关,绝对不变,时间是绝对的: 时间均匀流逝,与物质运动无关,所有惯性系有统一的时间.,同时是绝对的:时间间隔和空间间隔的测量值是绝对的。,牛顿力学相对性原理:运动的描述是相对的,不同参照系下运动的描述不同,牛顿力学的相对性原理,在宏观、低速的范围内,是与实验结果相一致的。但在高速运动情况下则不适用.,4,1.伽利略坐标变换式,上式可得,任意两点之间的距离和任意两事件之间的时间间隔,两个参考系下测量值相等,这是显然的。,O和O重合,系相对于S系以匀速沿x轴运动,5,2.伽利略速度变换式,对时间求一阶导数,3.伽利略加速度变换式,速度变换公式对时间求导,不同
3、惯性系下,描写同一质点的加速度相同。,对所有的惯性系,牛顿运动定律具有相同的形式.,6,“以太”参考系是绝对静止系,* 迈克耳孙-莫雷实验(寻找“以太”),设“以太”参考系为S系 实验室为 系,光相对于“以太”的速度为C,实验结果: 未观察到相对于“以太”的运动,结论:绝对参考系以太不存在。,迈克耳孙-莫雷实验测到以太漂移速度为零, 被称为笼罩在19世纪物理学上空的一朵乌云.,“光波的传播需要介质”-以太(特殊惯性系)。,7,由经典电磁场理论可知,光在真空中的传播速度c是一常量(高速运动),与参考系的选择和传播方向无关,不符合伽利略变换。,若伽利略速度变换正确,麦克斯韦方程组则不符合力学相对性
4、原理:不同参考系有不同表达式,会导致特殊惯性系的存在。,若麦克斯韦方程组正确,则伽利略速度变换(绝对时空观)不适用于电磁理论(高速现象),有待于修正。,8,真空中的光速是常量,沿各个方向都等于c ,与光源或观测者的运动状态无关.,1 相对性原理,物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式.,2 光速不变原理,狭义相对论的基本原理,关键概念:相对性和不变性 .,(2) 光速不变原理与伽利略变换是完全不相容的;,(1) 狭义相对论相对性原理是牛顿力学相对性原理的发展;,(3) 否定了绝对时空观,伽利略变换和经典力学规律有待修正。,9,洛伦兹变换式,符合相对论理论的时空变换关系,O和O重合,1. 坐
5、标变换 2. 速度变换,10,1 洛伦兹坐标变换式,正变换,时, 转换为伽利略变换式.,11,时、空坐标不再独立,而且都与物体的运动有关。,伽利略变换是洛伦兹变换在惯性系间作低速相对运动的近似。,当vc时, 是虚数,无任何物理意义,故真空中的光速c是一切物体运动速率的极限值。,变换式是线性的,这是因为同一事件在两个参考系中的坐标是一一对应的。,正变换,12,2 洛伦兹速度变换式,正变换,逆变换,时, 转换为伽利略变换式.,13,S 系 ( 地面参考系 ),系 (车厢参考系 ),事件 2,事件 1,洛伦兹变换,同时的相对性,14,-不同时,-不同时,2,同地不同时,1,同时不同地,S系,S系,-
6、同时,-不同时,15,结论 同时性具有相对意义,沿两个惯性系运动方向,不同地点发生的两个事件,在其中一个惯性系中是同时的,在另一惯性系中观察则不同时,所以同时具有相对意义;只有在同一地点,同一时刻发生的两个事件,在其他惯性系中观察也是同时的.,16,长度的测量和同时性概念密切相关,长度的收缩(动尺变短),棒沿 轴对 系静止放置,在 系中同时测得两端坐标,则棒的固有长度为:,固有长度:物体相对静止时测得的长度 .(最长),问 在S系中测得细棒有多长?,17,设 在S系中某时刻 t 同时测得棒两端坐标为x1和x2,则S系中测得棒长 l= x2 - x1, l与l0的关系为:,洛伦兹变换,长度具有相
7、对意义,讨论,2 如将物体固定于S系,由 系测量,同样出现 长度收缩现象.,“物体在运动方向上长度收缩”,1 长度收缩 ll0,18,时间的延缓(动钟变慢),发射光信号,接受光信号,时间间隔,系同一地点 B 发生两事件,问 在S系中测得时间间隔为多少?,19,在 S 系中观测两事件,洛伦兹变换,时间间隔:,20,固有时间 :同一地点发生的两事件的时间间隔 .,时间延缓 :“运动的钟走得慢”.,21,(1)时间的流逝不是绝对的,给定两事件时间间隔的测量值与惯性系的选择有关,所有测量值中以固有时间最短。,(2)两惯性系等价,任何一个惯性系中的观察者按各自的时间标准,都认为另一惯性系中的时钟比自己的
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