《相对论基础》PPT课件.ppt
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1、 第第3章章 相对论基础相对论基础 (The theory of Special Relativity)3.2 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 洛仑兹坐标变换式洛仑兹坐标变换式3.3 相对论速度变换公式相对论速度变换公式3.4 狭义相对论时空观狭义相对论时空观3.1 伽利略相对性原理伽利略相对性原理 经典力学的时空观经典力学的时空观3.5 狭义相对论动力学基础狭义相对论动力学基础 狭义相对论简介狭义相对论简介 第第3章章 相对论基础相对论基础 (The theory of Special Relativity)狭义相对论伟大意义狭义相对论伟大意义1.使使牛牛顿顿的的理理论论二二百百多多年
2、年来来第第一一次次得得到到修修正正,牛牛顿顿力力学学成成为为相对论的一个分支。相对论的一个分支。2.使使人人们们对对质质量量、能能量量、时时间间、空空间间、速速度度等等物物理理量量有有了了一一个个全新的认识。全新的认识。3.质能关系式质能关系式E=mc2为核能的开发利用奠定了基础。为核能的开发利用奠定了基础。4.象征着人类在探索自然过程中登上的一座高峰。象征着人类在探索自然过程中登上的一座高峰。1、爱因斯坦爱因斯坦(A.Einstein)(1879/3/14 1955/4/18)狭义相对论简介狭义相对论简介 (The introduce to Special Relativity theory
3、)由于改变了由于改变了物理物理 而改变了而改变了世界世界 由于改变了由于改变了世界世界 所以改变了所以改变了我们(我们(2005 世界物理年)世界物理年)2、相对论的创立相对论的创立1、问题的提出:问题的提出:爱因斯坦爱因斯坦(16岁岁):如果一个人以光的速度运动,他将看到一幅什么样的世界:如果一个人以光的速度运动,他将看到一幅什么样的世界景象呢?景象呢?他将看不到前进的光,只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场吗?他将看不到前进的光,只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场吗?2、问题的解决:、问题的解决:爱因斯坦爱因斯坦(26岁岁):经过:经过10年的思考努力!年的思考努力!终于在终于在
4、1905在德国在德国物理学年鉴物理学年鉴杂志上发表论文杂志上发表论文论动体的电动力学论动体的电动力学 提出:狭义相对论的基本思想和基本内容。提出:狭义相对论的基本思想和基本内容。成功的理论来源于伟大的设想,聪明的脑袋和锲而不舍的品格 敢想成功的一半敢想成功的一半 3、相对论的时空观念对已有观念的冲击相对论的时空观念对已有观念的冲击 1、运动中的物体长度会缩短?运动中的物体长度会缩短?2、高速旅行会使时间变慢、高速旅行会使时间变慢?3、有物质存在的时空就变得弯曲了、有物质存在的时空就变得弯曲了?4、时间旅行可能有捷径?、时间旅行可能有捷径?5、一、一、伽利略变换伽利略变换1.事件事件:在坐标系中
5、,每在坐标系中,每个事件对应于一个事件对应于一组时空坐标组时空坐标。自然界时刻发生着各种情况或变化,每自然界时刻发生着各种情况或变化,每一种情况或变化称为一个事件一种情况或变化称为一个事件。5.1 伽利略相对性原理伽利略相对性原理 经典力学的时空观经典力学的时空观2.约定系统约定系统S 系静止系静止,S 系系沿沿 ox 轴以轴以 v 匀速运动匀速运动当当 时,时,与与 重合。重合。问题:问题:对于不同对于不同的参考系,长度的参考系,长度和时间的测量结和时间的测量结果是一样的吗?果是一样的吗?XXvt 3.绝对时空观的数学描述绝对时空观的数学描述伽利略坐标变换伽利略坐标变换伽利伽利略速略速度和度
6、和加速加速度度变变换式换式坐标变换坐标变换在所有惯性系中力学定律具有相同的形式在所有惯性系中力学定律具有相同的形式.力学相对性原理力学相对性原理m=m、与参考系无关与参考系无关牛顿力学中:牛顿力学中:在所有惯性系中牛顿定律具有相同的形式在所有惯性系中牛顿定律具有相同的形式.惯性系(牛二成立的坐标系)伽利略相对性原理伽利略相对性原理 (力学相对性原理力学相对性原理)在一个在一个惯性系惯性系的内部所作的任何力学的实验都不能够确定这一惯性系的内部所作的任何力学的实验都不能够确定这一惯性系 本身是在静止状态,还是在作均匀直线运动本身是在静止状态,还是在作均匀直线运动等价等价1:一切彼此作匀速直线运动的
7、惯性系,对于描写机械运动的力学规一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描写机械运动的力学规律来说都是完全等价的。律来说都是完全等价的。等价等价2:牛顿第二定律的方程相对于伽利略坐标变换来说是不变的牛顿第二定律的方程相对于伽利略坐标变换来说是不变的1.绝对空间绝对空间二、经典力学的时空观二、经典力学的时空观在在 S 系中系中同时同时测量运动测量运动的尺子的两端的尺子的两端S 系中测量相对静止系中测量相对静止的尺子长度为的尺子长度为长度测量的绝对性长度测量的绝对性 长度形同长度形同2.绝对时间绝对时间设有两事件发生,设有两事件发生,S 系中测量发生的时刻为系中测量发生的时刻为,S 系中测量发生的时刻
8、为系中测量发生的时刻为时间间隔的绝对性时间间隔的绝对性绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着,绝对的、真正的和数学的时间自己流逝着,并由于它的本性而均匀地、与任一外界对象并由于它的本性而均匀地、与任一外界对象无关地流逝着。无关地流逝着。牛顿牛顿绝对空间,就其本性而言与外界任何事物无绝对空间,就其本性而言与外界任何事物无关,而永远是相同的和不变的。关,而永远是相同的和不变的。牛顿牛顿牛顿的时空观牛顿的时空观3.“同时同时”的绝对性的绝对性 在在 S 系同时发生的两个事件,在系同时发生的两个事件,在 S 系系 中中也是同时发生的。也是同时发生的。马马赫赫的的真真正正伟伟大大,就就在在于于他他的的坚坚
9、不不可可摧摧的的怀疑态度和独立性。怀疑态度和独立性。爱因斯坦爱因斯坦1883年发表年发表力学史评力学史评对绝对时空观提出对绝对时空观提出了尖锐的批评:了尖锐的批评:“我们必须依赖自然去理解我们必须依赖自然去理解空间和时间,而不是依赖抽象的推测空间和时间,而不是依赖抽象的推测”。马赫(马赫(Ernst Mach,1838-1916)奥地利物理学家(奥地利物理学家(发现激波发现激波)5.2 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 洛伦滋坐标变换洛伦滋坐标变换 5.2_1 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理1、以太以太(希腊:用以代表组成天上物体的基本元素希腊:用以代表组成天上物体的基本元素):17
10、世纪世纪 笛卡尔引入笛卡尔引入(传播光媒质传播光媒质)惠更斯大力发展(充满在真空和通常物质中)惠更斯大力发展(充满在真空和通常物质中)电动力学出现后电动力学出现后 以太是光波和电磁场的载体以太是光波和电磁场的载体(绝对静止的坐标系绝对静止的坐标系)2、以太的实验测定、以太的实验测定(迈克耳逊迈克耳逊-莫雷实验莫雷实验)迈克尔逊迈克尔逊(A-Michelson 1852-1931)实验原理图实验原理图(经典时空观经典时空观)否定了以太坐标系否定了以太坐标系 爱因斯坦扬弃以太假说爱因斯坦扬弃以太假说 提出狭义相对论基本原理提出狭义相对论基本原理3、狭义相对论的两条基本原理、狭义相对论的两条基本原理
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