作業(yè)13答案1、2、(1)(2)第1頁3、第2頁第十四章狹義相對論力學(xué)基礎(chǔ)第3頁教學(xué)基本要求第十四章相對論一了解愛因斯坦狹義相對論兩條基本原理，以及在此基礎(chǔ)上建立起來洛倫茲變換式.二了解狹義相對論中同時相對性，以及長度收縮和時間延緩概念，了解牛頓力學(xué)時空觀和狹義相對論時空觀以及二者差異.三了解狹義相對論中質(zhì)量、動量與速度關(guān)系，以及質(zhì)量與能量間關(guān)系.第4頁近代物理學(xué)兩大基礎(chǔ)相對論誕生導(dǎo)言量子理論誕生邁克爾遜-莫雷試驗黑體輻射試驗第5頁列寧高度稱譽他是一位偉大自然科學(xué)革新家。

愛因斯坦對于科學(xué)事業(yè)偉大貢獻是多方面。他科學(xué)業(yè)績主要包含四個方面：早期對布朗運動研究；狹義相對論創(chuàng)建；推進量子力學(xué)發(fā)展；建立了廣義相對論。

1905年創(chuàng)建狹義相對論和1916年創(chuàng)建廣義相對論是愛因斯坦最主要科學(xué)研究結(jié)果，而1921年諾貝爾物理學(xué)獎則是因為他提出了光量子概念和發(fā)覺了光電效應(yīng)定律而取得。愛因斯坦(A.Einstein)第6頁1905年，愛因斯坦先后發(fā)表了5篇含有劃時代意義論文，為相對論、量子論等物理學(xué)領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)，為紀念這一奇跡年100周年，全球物理學(xué)界一致呼吁年為“世界物理年”。世界物理年口號是：“全球?qū)ふ覑垡蛩固梗賱?chuàng)世紀科學(xué)奇跡”第7頁一、經(jīng)典力學(xué)相對性原理1、力學(xué)相對性原理relativityprincipleofmechanics

對于不一樣慣性系，力學(xué)基本定律——牛頓定律表示形式都是一樣。14-1經(jīng)典力學(xué)相對性原理伽利略變換伽利略薩爾維阿蒂大船

在一切慣性系內(nèi)任何力學(xué)試驗都不能確定該慣性系是靜止還是作勻速直線運動，所以要確切知道某一慣性系本身是否“絕對靜止”，則用任何力學(xué)試驗都不可能辦到。第8頁★你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠,即使你跳在空中時,腳下船底板向著你跳反方向移動.★你把不論什么東西扔給你同伴時,假如你同伴在船頭而你在船尾,你所用力并不比你們兩個站在相反位置時所用力更大．★水滴將象先前一樣,滴進下面罐子,一滴也不會滴向船尾,即使水滴在空中時,船已行駛了相當(dāng)距離.

只要運動是勻速，你就無法從其中任何一個現(xiàn)象來確定船是在運動還是停著不動．伽利略試驗第9頁設(shè)t=0時兩坐標重合t

時刻質(zhì)點在兩參考系下坐標S系

一個參考系靜止------S

系，另一個參考系沿ox軸以u運動------S'系S'系1）伽利略坐標變換式二、伽利略變換式第10頁2）伽利略速度和加速度變換式由坐標變換公式對時間求導(dǎo)

經(jīng)典時空中速度滿足速度疊加原理。第11頁在牛頓力學(xué)中，物體質(zhì)量認為是不變在慣性系中全部力學(xué)規(guī)律相同三、牛頓運動定律含有伽利略變換不變性四、經(jīng)典力學(xué)時空觀——絕對時空觀

時間和空間都是絕正確，是脫離物質(zhì)和物質(zhì)運動而存在，而且時間和空間也沒有任何聯(lián)絡(luò)。

在任一慣性系中，對時間間隔和空間間隔測量結(jié)果都是相同。

某一慣性系中同時發(fā)生兩個事件在其它慣性系中看來都是同時發(fā)生，即同時含有絕對性。第12頁14-2

狹義相對論兩個基本假設(shè)一、伽利略變換困難1)電磁場方程組不服從伽利略變換2)光速c——在哪個參考系中測?真空中光速

對于兩個不一樣慣性參考系,光速滿足伽利略變換嗎？第13頁

試計算球被投出前后瞬間，球所發(fā)出光波到達觀察者所需要時間.(依據(jù)伽利略變換)球投出前結(jié)果:觀察者先看到投出后球，后看到投出前球.球投出后第14頁二、狹義相對論兩個基本假設(shè)1.相對性原理2.光速不變原理

在全部慣性系中，光在真空中速率相同，與慣性系之間相對運動無關(guān)，也與光源、觀察者運動無關(guān)。討論1)

愛因斯坦理論是牛頓理論發(fā)展一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律

在全部慣性系中，一切物理學(xué)定律都含有相同形式，即含有相同數(shù)學(xué)表示式。第15頁牛頓力學(xué)速度與參考系相關(guān)(相對性)與參考系無關(guān)狹義相對論力學(xué)光速不變長度、時間測量與參考系相關(guān)

(相對性)2)光速不變與伽利略變換（速度相加原理）針鋒相對，否定了伽利略坐標變換，動搖了絕對時空觀和經(jīng)典力學(xué)體系。3)

觀念上變革時間標度長度標度質(zhì)量測量時空觀革命第16頁一、“同時性”相對性事件1：車廂后壁接收器接收到光信號。事件2

：車廂前壁接收器接收到光信號。14-3

狹義相對論時空觀車廂參考系，兩事件同時發(fā)生；地面參考系，事件1先于事件2發(fā)生。結(jié)論第17頁(2)同時性相對性是光速不變原理直接結(jié)果。(1)同時性是相正確。討論

結(jié)論：沿兩個慣性系運動方向，不一樣地點發(fā)生兩個事件，在其中一個慣性系中是同時，在另一慣性系中觀察則不一樣時，所以同時含有相對意義。(3)

同時性相對性否定了各個慣性系含有統(tǒng)一時間可能性，否定了牛頓絕對時空觀。第18頁運動鐘走得慢二、時間延緩timedilation第19頁S

系同一地點B

發(fā)生兩事件發(fā)射一光信號接收一光信號在S'系中時間間隔：B在S系中時間間隔：第20頁

1)

式中

t

稱為原時:在某慣性系中，同一地點先后發(fā)生兩個事件之間時間間隔。討論2)

時間延緩：運動鐘走得慢。

4)

時，。3)時間延緩是一個相對效應(yīng)。在低速下

牛頓絕對時空概念

在不一樣慣性系中測量給定兩事件之間時間間隔，測得結(jié)果以原時最短。第21頁

例題帶正電

介子是一個不穩(wěn)定粒子，它能夠衰變?yōu)橐粋€

介子和一個中微子。當(dāng)它靜止時，平均壽命為2.5×10-8

s。今產(chǎn)生一束

介子，在試驗室測得它速率為u=0.99c，并測得它在衰變前經(jīng)過平均距離為52m，問相對論時間延緩結(jié)論與這些測量結(jié)果是否符合？解：在試驗室測得它經(jīng)過平均距離為：在試驗室系中：第22頁

例題構(gòu)想有一光子火箭以v=0.95c速率相對地球作直線運動，若火箭上宇航員計時器統(tǒng)計他觀察星云用去10min,則地球上觀察者測得此事用去多少時間？運動鐘似乎走慢了??！解:設(shè)火箭為S

系、地球為S系第23頁OS三、長度收縮lengthcontraction1、運動長度測量不要求同時測量必須同時測量OSO'S'OSO'S'

原長:相對于棒靜止慣性系測得棒長度。事件1事件2

兩事件同地發(fā)生,

t為原時。O'S'第24頁2、長度收縮OSOSO'S'O'S'事件1事件2此處t'為測量時。第25頁討論(1)棒靜止時測得長度叫棒原長，相對于棒長方向運動時，測得長度要短于原長，稱為洛侖茲收縮。(3)長度沿運動方向收縮是一個相對效應(yīng)。在低速下

牛頓絕對時空概念(4)

當(dāng)

u

<<c

時，l=l0(2)長度只沿運動方向收縮。

在不一樣慣性系中測量同一尺長，以原長為最長。第26頁在S

系

例題一長為1m棒靜止地放在O

x

y

平面內(nèi)，在S

系觀察者測得此棒與O

x

軸成45o角，試問從S系觀察者來看，此棒長度以及棒與

Ox

軸夾角是多少？構(gòu)想S

系相對S系運動速度.解：在

系第27頁一、洛侖茲坐標和時間變換式設(shè)t=t'=0時，O與O'

重合

兩個參考系中對應(yīng)坐標值之間關(guān)系：14-4

洛侖茲變換第28頁正變換逆變換1）與成線性關(guān)系，但百分比系數(shù)。洛侖茲變換特點2）時間不獨立，t

和x變換相互交叉。3）

u<<c

時，洛侖茲變換伽利略變換。第29頁二、由洛侖茲變換看相對論時空觀1、“同時性”相對性在S'系同時不一樣地發(fā)生兩事件在S系在S'系同時同地發(fā)生兩事件不一樣時!在S系同時!第30頁時間延緩：運動鐘走得慢。在S

系中觀察兩事件

原時2、時間延緩第31頁

一雙生子Jim

和Tim

20歲生日那天，Tim坐上u=0.9998c飛船相對于地球作勻速直線運動一去一回整一年，在飛船上一年，在地球上經(jīng)過50年，21歲Tim歸來時，迎接他是70歲Jim。

又，運動是相正確，能夠看成地球運動，飛船不動，結(jié)果，地球上一年，在靜止飛船上是50年，21歲Jim迎來是70歲Tim，到底誰年輕？這是一個佯謬，其實不是相對論有什么毛病，而是不適當(dāng)?shù)貋y用了狹義相對論，飛船不是慣性系。一定是Tim

年輕!加速系中發(fā)生時鐘延緩效應(yīng)是絕正確！第32頁3、長度收縮標尺相對S

系靜止在S

系中測量依據(jù)洛侖茲變換式：在S

系中測量要求：t1=t2兩端點同一時刻位置之間距離原長←第33頁在S中觀察者在S

中觀察者第34頁同時閃電時，車恰好在山洞里山洞比車短，火車可被閃電擊中否？u第35頁車頭到洞口，出現(xiàn)第一個閃電u第36頁u車尾到洞口，出現(xiàn)第二個閃電閃電不一樣時第37頁

例：北京和上海相距1000km，北京站甲火車先于上海站乙火車1.0×10-3s

發(fā)車?，F(xiàn)有一艘飛船沿從北京到上海方向從高空擦過，速率恒為u=0.6c

。試求宇航員參考系中測得甲乙兩列火車發(fā)車時間間隔，哪一列先開?解：

取地面為S

系，和飛船一起運動參考系為S

系，北京站為坐標原點，北京至上海方向為x

軸正方向，依題意有OxS'

O'

Szy說明上海站乙火車先開，時序顛倒!!第38頁14-5狹義相對論性質(zhì)點動力學(xué)

牛頓定律與光速極限矛盾C物體在恒力作用下運動經(jīng)典力學(xué)中物體質(zhì)量與運動無關(guān)

只要時間t足夠長，速度v總會到達并超出光速c，這與相對論結(jié)論不符，也與高能物理試驗相矛盾。第39頁一、相對論動量、質(zhì)量、質(zhì)點動力學(xué)基本方程1、動量定義：2、從動量守恒定律和孤立系統(tǒng)質(zhì)量守恒，可求得質(zhì)量隨速度改變關(guān)系相對論質(zhì)速關(guān)系：討論：(1)v是粒子相對于某一參考系速率。同一粒子相對于不一樣參考系有不一樣速率時，在這些參考系中測得這一粒子質(zhì)量也是不一樣。(2)當(dāng)v

c時，m

。第40頁(3)當(dāng)v<<c時，m趨于m0，這時可認為物體質(zhì)量與速率無關(guān)，就等于靜止質(zhì)量。這就是牛頓力學(xué)討論情況。(4)相對論動量：3、狹義相對論力學(xué)基本方程在低速下

牛頓力學(xué)??！第41頁粒子取得動能等于協(xié)力所做功：兩邊求微分：二、相對論動能相對論動能：第42頁

是粒子靜止時含有能量，叫靜止能量。

是粒子以速率v運動時含有總能量，叫相對論總能量?！|(zhì)能關(guān)系式三、質(zhì)量與能量關(guān)系任何宏觀靜止物體含有能量討論相對論質(zhì)