大学物理相对论总结.ppt

相对论相对论基本内容基本内容1、力学相对性原理、伽利略变换；狭义相对论产生、力学相对性原理、伽利略变换；狭义相对论产生根源、实验基础和历史条件；狭义相对论的基本原理、根源、实验基础和历史条件；狭义相对论的基本原理、洛仑兹变换。洛仑兹变换。2、狭义相对论时空观：同时的相对性、长度收缩、狭义相对论时空观：同时的相对性、长度收缩、时间延缓、因果律。时间延缓、因果律。3、狭义相对论质速关系、相对论动力学基本方程、狭义相对论质速关系、相对论动力学基本方程、相对论动能、静能总能和质能关系、能量和动量的关相对论动能、静能总能和质能关系、能量和动量的关系。系。内容提要内容提要一、绝对时空观和伽利略变换一、绝对时空观和伽利略变换 时间和空间都是绝对的，与物质的存在和运动时间和空间都是绝对的，与物质的存在和运动无关。无关。牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观 同时性同时性、时间间隔时间间隔和和空间距离空间距离都是绝对的，与都是绝对的，与参考系的选择无关。而且，参考系的选择无关。而且，时间和空间是彼此独立的、时间和空间是彼此独立的、互不相关的，并且独立于物质和运动之外。互不相关的，并且独立于物质和运动之外。伽利略坐标变换公式伽利略坐标变换公式伽利略速度变换公式伽利略速度变换公式伽利略加速度变换公式伽利略加速度变换公式即即 可见，同一质点对不同的惯性可见，同一质点对不同的惯性系有相同的加速度。系有相同的加速度。二、力学相对性原理二、力学相对性原理 牛顿力学的一切规律在伽利略变换下其形式保持不牛顿力学的一切规律在伽利略变换下其形式保持不变，或者说力学规律对于一切惯性参考系都是等价的。变，或者说力学规律对于一切惯性参考系都是等价的。力学相对性原理的更重要之处在于，力学相对性原理的更重要之处在于，惯性系对力惯性系对力学实验是平权的学实验是平权的。三、狭义相对论的基本原理三、狭义相对论的基本原理 1）爱因斯坦相对性原理：物理定律在爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有所有的的惯性系中都具有相同的表达形式惯性系中都具有相同的表达形式.2）光速不变原理：光速不变原理：真空中的光速是常量，它真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择选择.四、洛伦兹变换四、洛伦兹变换正正变变换换逆逆 变变 换换1、同时的相对性、同时的相对性五、狭义相对论时空观五、狭义相对论时空观 沿两个惯性系运动方向，沿两个惯性系运动方向，不同地点不同地点发生的两个事发生的两个事件，在其中一个惯性系中是件，在其中一个惯性系中是同时同时的，的，在另一惯性系在另一惯性系中观察则中观察则不同时不同时，所以同时具有，所以同时具有相对相对意义；只有在意义；只有在同同一地点一地点，同一同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是中观察也是同时同时的的.2、长度的收缩（运动、长度的收缩（运动物体在物体在运动方向运动方向上长度收缩上长度收缩）固有固有长度长度在在 系中测量系中测量3、时间的延缓、时间的延缓固有固有时间时间：同一同一地点发生的地点发生的两两事件的时间间隔事件的时间间隔.时间延缓时间延缓：运动运动的钟走得的钟走得慢慢.固有时间固有时间4、因果律、因果律 有因果关系的事件，它们的因果关系即事件发有因果关系的事件，它们的因果关系即事件发生的先后次序（时序），不会因为参考系改变而颠生的先后次序（时序），不会因为参考系改变而颠倒，倒，这就是这就是因果律因果律。经典时空观经典时空观经典时空观经典时空观相对论时空观相对论时空观相对论时空观相对论时空观主要主要主要主要结论结论结论结论主要主要主要主要内容内容内容内容同时的绝对性同时的绝对性同时的相对性同时的相对性时间间隔的绝对性时间间隔的绝对性运动的时钟变慢运动的时钟变慢空间距离的绝对性空间距离的绝对性运动的尺子变短运动的尺子变短质量不变质量不变质量随速度的增大而质量随速度的增大而增大增大时间和空间彼此独立、时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质互不关联，且不受物质或运动的影响。或运动的影响。时间和空间相互关联，时间和空间相互关联，质量随物体的运动状态质量随物体的运动状态的改变而改变。的改变而改变。解解：固有固有时间时间例例 在惯性系在惯性系S中，有两事件发生于同一地点，且第中，有两事件发生于同一地点，且第二事件比第一事件晚发生二事件比第一事件晚发生 秒钟，而在另一惯秒钟，而在另一惯性系性系S中，观测第二事件比第一事件晚发生中，观测第二事件比第一事件晚发生 秒秒钟，那么在钟，那么在S中发生两事件的地点之间的距离是中发生两事件的地点之间的距离是 。例例 S 系中的观察者有一根米尺固定在系中的观察者有一根米尺固定在 x 轴上，其两轴上，其两端各装一手枪。在端各装一手枪。在S系中的系中的x轴上固定另一根长尺，轴上固定另一根长尺，当后者从前者旁边经过时，当后者从前者旁边经过时，S 系中的观察者同时扳动系中的观察者同时扳动两手枪，使子弹在两手枪，使子弹在S系中的尺上打出两个记号。试问系中的尺上打出两个记号。试问在在S系中这两个记号之间的距离是小于、等于、还是系中这两个记号之间的距离是小于、等于、还是大于大于1 m?SS解解：1）相对论动量相对论动量当当 时时1、动量与速度的关系、动量与速度的关系2）相对论质量相对论质量静质量静质量 ：物体相对于惯性系静止时的质量：物体相对于惯性系静止时的质量.在不同惯性系中大小不同在不同惯性系中大小不同.当当 时时C六、相对论质量和相对论动量六、相对论质量和相对论动量2、相对论动力学的基本方程、相对论动力学的基本方程 相对论动量守恒定律相对论动量守恒定律 当当 时，时，急剧增加急剧增加,而而 ，所以光速，所以光速 C 为物体的极限速度为物体的极限速度.当当时，时，不变不变.当当 时时七、相对论中的能量七、相对论中的能量静静能：物体能：物体静止静止时所具有的时所具有的能量能量 相对论相对论动能动能:当当 时时,经典动能公式经典动能公式相对论相对论质能质能关系关系 如果一个物体或物体系统的能量有如果一个物体或物体系统的能量有 的变化，则的变化，则无论能量的形式如何，其质量必有相应的改变，其无论能量的形式如何，其质量必有相应的改变，其值为值为 ，由，由 可知，可知，质能守恒定律质能守恒定律 在一个孤立系统内，所有粒子的相对论在一个孤立系统内，所有粒子的相对论总能量总能量相对论质量守恒定律相对论质量守恒定律 在一个孤立系统内，所有粒子的在一个孤立系统内，所有粒子的相对论总质量相对论总质量八、动量与能量的关系八、动量与能量的关系极端相对论近似极端相对论近似