大学物理第五版上册课件：第14章相对论I

二十世纪最伟大的理论物理学家爱因斯坦生平1879年3月14日生于德国乌耳姆一个经营电器作坊的小业主家庭1896年进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理学，1900年毕业，但即刻失业1902年被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员，从事发明专利申请的技术鉴定工作1905年狭义相对论等三篇历史著作1915年提出广义相对论1933年到达美国，科学中心移至美国原子弹、统一力场一.伽利略变换式经典力学相对性原理14－１伽利略变换式牛顿的绝对时空观设惯性系s’相对于惯性系s沿xx’轴以匀速度v运动（设t=t’=0，o与o’重合。下同）时空变换式s-s’x’=x－vtt’=ty’=yz’=z逆正与参考系无关,时空量度的绝对性Δl=Δl’Δt=Δt’x=x’－vtt=t’y=y’z=z’或s’-sx'xy'yvo'oz'z'ss)',','(),,(zyxzyxPx'xtvz'z'yyvxxuuyyuuzzuu速度变换式x'xy'yvo'oz'z'ss*)',','(),,(zyxzyxPx'xtvz'z'yyvuu加速度变换式aazzaayyaaxxaa力学相对性原理（质量与运动无关）amFamF牛顿力学规律形式不变注则如s’相对于s以加速度运动（s与s’中至少有一个不是惯性系）0aaaaa0牛顿力学适用参考系问题传统认为：•速度可任意性&伽利略叠加•时间空间具有绝对性•质量不变性•1900年前后开始庆祝经典力学的成功问题出现了！•黑体辐射•迈克尔孙干涉仪什么问题呢？一个精细的实验告诉我们速度叠加出了问题“以太”参考系是绝对静止系GM1Gvvclclt122cltcΔv迈克耳孙-莫雷实验l12GMGMvsGM1M2T设“以太”参考系为系实验室为系SS'2222clΔNvm/s103,nm500,m104vl4.0N仪器可测量精度01.0N实验结果未观察到地球相对于“以太”的运动.0N结论：作为绝对参考系的以太不存在.以后又有许多人在不同季节、时刻、方向上反复重做迈克耳孙-莫雷实验．近年来,利用激光使这个实验的精度大为提高,但结果却没有任何变化．迈克耳孙-莫雷实验测到以太漂移速度为零,对以太理论是一个沉重的打击,被人们称为是笼罩在19世纪物理学上空的一朵乌云.修补or革命？爱因斯坦认为3.信号不能以无限大速度传播，其极限速度为光速1.电磁波本身就是一个实体，传播不需要介质—不相信“以太”存在2.力学、电磁学、…所有物理规律均满足相对性原理，Galilen变换应修正1905年，A.Einstein首次提出了狭义相对论的两个假设m/s458792299c1.光速不变原理包括两个意思：光速不随观察者的运动而变化光速不随光源的运动而变化所有惯性系都完全处于平等地位，没有任何理由选某一个参考系，把它置于特殊的地位。狭义相对论的两个基本假设2.相对性原理一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式相对论(狭义)•在牛顿力学中，与参考系无关•在狭义相对论力学中，与参考系有关(1)Einstein相对性原理是Newton力学相对性原理的发展意义：(2)光速不变原理与伽利略的速度合成定理针锋相对但其结果是非常规的怎么相关时间延缓研究的问题是O'处的闪光光源发出一光信号事件1事件2O'处的接收器接收到该光信号'tt在S、S'系中，两事件发生的时间间隔之间的关系在S'系的O'处放置一闪光光源和一信号接收器，在竖直方向距离O'点h'的位置处放置一平面反射镜M'S'O'M'h'SOu即原时:在某惯性系中，同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔(原时)ch't'2Δclt22222tuhltcl2t'ch'2222tutct'ch?h'设t=t'=0时刻，O'处的闪光光源发出一光信号S'O'M'uh'S'O'M'uS'O'M'uhOSlltuSOS'O'M'SS21cut'tcut't0讨论(2)时间延缓效应在S'系中测得发生在同一地点的两个事件之间的时间间隔t'，在S系中观测者看来，这两个事件为异地事件，其之间的时间间隔t总是比t'要大。01,~(1)当vc时，222ctutt'记：1120201在不同惯性系中测量给定两事件之间的时间间隔，测得的结果以原时最短。运动时钟走的速率比静止时钟走的速率要慢。(4)时间延缓效应是相对的。(5)运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征。(6)时间延缓效应显著与否决定于因子。例:介子是一种不稳定的粒子，从它产生到它衰变为介子经历的时间即为它的寿命，已测得静止介子的平均寿命0=2108s.某加速器产生的介子以速率u=0.98c相对实验室运动。求介子衰变前在实验室中通过的平均距离。解对实验室中的观察者来说，运动的介子的寿命为s7100051980110212820..βττ因此，介子衰变前在实验室中通过的距离d'为m5.2910005.198.07cuτd'0ud三.长度收缩原长:相对于棒静止的惯性系测得棒的长度1.运动长度的测量'x'xl120不要求同时测量12xxl必须同时测量'tuΔtuΔut'uO'S''x1'x2ABOS1xuO'S'ABOSuO'S'AB1x2xtuSS2.长度收缩两事件同地发生,t为原时12xxltuΔOS1xuO'S'ABOSuO'S'AB1x2xtu事件1事件2SOSuuOS1xO'S'AB1xO'S'AB事件1事件2t'ulΔ021ΔΔtt'120βll由2.长度收缩两事件同地发生,t为原时12xxltuΔ得讨论0,1~llγ(1)当vc时，SS201ulul沿尺长度方向相对尺运动的观测者测得的尺长l，较相对尺静止观测者测得的同一尺的原长l0要短。(2)长度缩短效应(3)长度收缩效应是相对的。在不同惯性系中测量同一尺长，以原长为最长。(4)长度收缩效应显著与否决定于因子。(5)长度收缩效应是同时性相对性的直接结果。