2021-2022学年高二物理竞赛课件：狭义相对论的基本原理.pptx

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1、狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理一一一一.狭义相对论原理狭义相对论原理狭义相对论原理狭义相对论原理:19051905爱因斯坦以假设的形式提出爱因斯坦以假设的形式提出爱因斯坦以假设的形式提出爱因斯坦以假设的形式提出1.相对性原理相对性原理:一切物理现象的规律在各个惯性系中均一切物理现象的规律在各个惯性系中均可以表示为相同的形式可以表示为相同的形式.惯性系是等价的惯性系是等价的.2.光速不变原理光速不变原理:真空中的光速在任意惯性系中沿各真空中的光速在任意惯性系中沿各个个方向方向均为均为c,与光源与光源运动运动无关无关.说明：说明：它否定了经典速度公

2、式，即否定伽利略变换。它否定了经典速度公式，即否定伽利略变换。光的光的速度大小与参照系无关速度大小与参照系无关，但方向在不同参照系中可以不同。，但方向在不同参照系中可以不同。光速数值不变，则不同参照系中时间、空间、尺度关系不同。光速数值不变，则不同参照系中时间、空间、尺度关系不同。狭义相对论原理与经典时空的不同狭义相对论原理与经典时空的不同狭义相对论原理与经典时空的不同狭义相对论原理与经典时空的不同:AB观察观察A、B同时同时接收到光信号接收到光信号观察观察A先先接收到光信号接收到光信号、B后后接收到光信号接收到光信号经典时空观认为经典时空观认为经典时空观认为经典时空观认为:A,B:A,B同时

3、同时同时同时接收到信号接收到信号接收到信号接收到信号观察者观察者:是指处于事件发生地点的校准的时钟和尺子来是指处于事件发生地点的校准的时钟和尺子来测量测量,而不是在某处的人用而不是在某处的人用”眼眼”看看.时空的基本性质时空的基本性质:a.a.a.a.空间各向同性空间各向同性空间各向同性空间各向同性:即各个方向是等效的即各个方向是等效的,与坐标系取向选择无关与坐标系取向选择无关,不存在特殊方向不存在特殊方向.b.b.b.b.时空均匀性时空均匀性时空均匀性时空均匀性:同参照系中空间间隔同参照系中空间间隔(即二事件发生地间距离即二事件发生地间距离)与与 坐标位置无关坐标位置无关,时间间隔与时空位置

4、无关时间间隔与时空位置无关.二二二二.间隔不变性间隔不变性间隔不变性间隔不变性:1.事件事件:在一定地点在一定地点,一定时刻发生一定时刻发生.P(x,y,z,t)2.2.间隔不变性间隔不变性间隔不变性间隔不变性:(1)间隔不变性是光速不变性的数学表述间隔不变性是光速不变性的数学表述,二事件间隔不随参二事件间隔不随参考系变化而变化是绝对的考系变化而变化是绝对的.(2)若两事件在同一地点相继发生若两事件在同一地点相继发生:若两事件在同时异地发生若两事件在同时异地发生:可见间隔把时间距离统一起来可见间隔把时间距离统一起来.(3)若二事件用光信号联系若二事件用光信号联系(例如发射光信号与接收光信号例如

5、发射光信号与接收光信号);s2=0.(1)类时区域类时区域(类时间隔类时间隔):按照二事件间隔将相对论时空划分为三个区域按照二事件间隔将相对论时空划分为三个区域.二事件可用小于光速的信号联系二事件可用小于光速的信号联系,信号速度信号速度(2)类空区域：类空区域：，这种讯号不存在，这种讯号不存在(3)类光区域类光区域：类空类空类空类空类时类时类时类时相对论实验基础相对论实验基础相对论实验基础相对论实验基础麦克耳孙麦克耳孙莫雷实验莫雷实验:寻找寻找Maxwell方程成立的特殊参照系方程成立的特殊参照系”以太以太”实验假设：实验假设：（1）假定电磁场方程在绝对惯性系中严格成立（地球上）假定电磁场方程

6、在绝对惯性系中严格成立（地球上认为近似成立）。认为近似成立）。（2）在）在“以太以太”中光速各向同性，且恒等于中光速各向同性，且恒等于c，而在其它，而在其它参照系中，光速非各向同性（由伽利略变换可知）。参照系中，光速非各向同性（由伽利略变换可知）。（3）假定太阳与以太固连，地球相对于以太的速度就应）假定太阳与以太固连，地球相对于以太的速度就应当是地球绕太阳的运动速度。当是地球绕太阳的运动速度。光沿光沿MM1M的传播时间：的传播时间：光沿光沿MM2M的传播时间：的传播时间：光程差为：光程差为：仪器转动仪器转动900后后：由于光程差不同，旋转后干涉条纹应当移动。移动个数由于光程差不同，旋转后干涉条纹应当移动。移动个数麦麦莫莫1887年实验时用年实验时用 钠黄光钠黄光,若认为地球相对以太速度为地球相对太阳速度若认为地球相对以太速度为地球相对太阳速度则实验精度为实验精度为0.01个。个。2,高速运动粒子辐射出的光子速度为高速运动粒子辐射出的光子速度为c3.横向横向Doppler效应效应4,携带原子钟的环球飞行实验携带原子钟的环球飞行实验5,高速运动粒子寿命的测量高速运动粒子寿命的测量6.双星运动轨迹观测双星运动轨迹观测光速不变是电磁现光速不变是电磁现象的一条基本规律象的一条基本规律