《大学物理》课程电子教案（PPT课件讲稿）第三章 相对论

@相 平 ialrelatikity

爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼

爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼

3-1狭义相对论产生的 实验基础和历史条件 x"=x一Lt 伽利略变换 dt y=y t= t v三 a =a 物体的坐标和速度、“同一地点”是相对的 时间、长度、质量“同时性”和力学定律的形式 是绝对的

3-1 狭义相对论产生的 实验基础和历史条件 t t z z y y x x ut  =  =  =  = − z z y y x x v v v v v v u  =  =  = − z z y y x x a a a a dt du a a  =  = 伽  = − 利 略 变 换 时间、长度、质量“同时性”和力学定律的形式 是绝对的 物体的坐标和速度、“同一地点”是相对的

1、伽利略变换的困难 1)电磁场方程组不服从伽利略变换 2)光速c 3)高速运动的粒子 2、迈克耳孙-莫雷实验 测量以太风零结果

2、迈克耳孙-莫雷实验 测量以太风 零结果 1、伽利略变换的困难 1) 电磁场方程组不服从伽利略变换 2) 光速c 3) 高速运动的粒子

3、解释天文现象的困难 夜空的金牛座上的“蟹状星云”,是900多年 前一次超新星爆发中抛出来的气体壳层。 4c+ B =5千光年 c+v 抛射速度V=1500km 结论:在25年持续看到超新星爆发时发出的强光。 史书记载:强光从出现到隐没还不到两年

3、解释天文现象的困难 夜空的金牛座上的“蟹状星云”，是900多年 前一次超新星爆发中抛出来的气体壳层。 c +V c A B l c V l t A + = c l t B = V km/s l 1500 5 = = 抛射速度 千光年 结论：在25年持续看到超新星爆发时发出的强光。 史书记载：强光从出现到隐没还不到两年。 矛盾

3-2狭义相对论基本原理、洛仑兹变换 狭义相对论的两条基本原理 爱因斯坦的狭义相对论基本原理 1相对性原理 所有物理规律在一切惯性系中都具有形式相同。 (所有惯性系都是平权的,在它们之中所有物理规 律都一样) 2光速不变原理 在一切惯性系中,光在真空中的速率恒为c,与 光源的运动状态无关

爱因斯坦的狭义相对论基本原理 1.相对性原理 所有物理规律在一切惯性系中都具有形式相同。 （所有惯性系都是平权的，在它们之中所有物理规 律都一样） 2.光速不变原理 在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c ，与 光源的运动状态无关。 3-2 狭义相对论基本原理、洛仑兹变换 一、 狭义相对论的两条基本原理

讨论: 切物 理规律 1、 Einstein的相对性理论是Newn理论的发展。 2、光速不变与伽利略变换 力学 规律 与伽利略的速度叠加原理针锋相对 3、观念上的变革 时间标度 与参考系无关 牛顿力学长度标度 速度与参考系有关 (相对性) 质量的测量 狭义相对论光速不变 长度、时间、质量与 力学 参考系有关(相对性)

2、 光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度叠加原理针锋相对 3、 观念上的变革 牛顿力学 时间标度 长度标度 质量的测量 与参考系无关 速度与参考系有关 (相对性) 狭义相对论 力学 长度、时间、质量与 参考系有关(相对性) 光速不变 1、 Einstein 的相对性理论是Newton理论的发展。 讨论： 一切物 理规律 力学 规律

洛仑兹变换式 时空变换关系 /S] 正变换S→S′ (x,y,z) p (x, y, z) t-ut yyz t=y(t--2x) 其中y 1-B

二、洛仑兹变换式 y y’ [s] [S’] o o’ x x’ ut x’ x p z Z’ 时空变换关系 正变换 S → S 2 2 2 1 1 1 1 c u − = − =  其 中 x  =  (x − ut) z  = z y  = y ( ) 2 x c u t =  t −

逆变换S→S x=r(x+ut) Z=Z t=y(t+-2X) 其中y= √1-B2

S → S 2 2 2 1 1 1 1 c u − = − =  其 中 x =  (x  + ut) z = z  y = y  ( ) 2 x c u t =  t +  逆变换

洛仑兹变换式的推导 /ST t=t=00o,重合 (x,y P S系 Pl,y,3 ,) Xx 系 ut 寻找两个参考系中相应的 坐标值之间的关系 有y=yz

t = t = 0 S系: P(x, y,z,t) S系: P(x  , y  ,z  ,t) 三、洛仑兹变换式的推导 寻找 o o  重合 两个参考系中相应的 坐标值之间的关系 y y’ [s] [S’] o o’ x x’ ut x’ x p z Z’ 有 y  = y z  = z