1-3节狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式.ppt

《1-3节狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1-3节狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式.ppt（38页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对牛顿的绝对时空观时空观1第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版*系相对于系相对于 系以匀速沿系以匀速沿 轴运动，观轴运动，观察两参照系中同一事件的时空关系。察两参照系中同一事件的时空关系。一、伽俐略变换和经典力学相对性原理一、伽俐略变换和经典力学相对性原理1、伽俐略变换、伽俐略变换2第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版*3第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版速度变换公式速度变换公式*4加速度变换加速度变换 在在两两相互作匀速直线运动的惯性系中相

2、互作匀速直线运动的惯性系中,牛顿运动定律具有相同的形式牛顿运动定律具有相同的形式.*2 2、经典力学的相对性原理、经典力学的相对性原理（Newton Principle of relativityNewton Principle of relativity）5二二、经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观 根据伽利略变换，我们可得出牛顿的绝对时空观，根据伽利略变换，我们可得出牛顿的绝对时空观，也称之为经典时空观。也称之为经典时空观。在在S系内，米尺的长度为系内，米尺的长度为在在S系内，米尺的长度为系内，米尺的长度为利用伽利略变换式得利用伽利略变换式得结论结论：空间空间任意两点之间的距离对于任何

3、的惯性系而言任意两点之间的距离对于任何的惯性系而言都是相等的，都是相等的，与与惯性系的选择或观察者的惯性系的选择或观察者的相对运动无关相对运动无关。即：长度是即：长度是“绝对的绝对的”，或称之为，或称之为“绝对空间绝对空间”。6再有再有时间时间也也与与惯性系的选择或观察者的惯性系的选择或观察者的相对运动无关相对运动无关 “绝对空间绝对空间”、“绝对时间绝对时间”和和“绝对质量绝对质量”这三个概念的总和构成了经典力学的所谓这三个概念的总和构成了经典力学的所谓“绝对时绝对时空观空观”：空间、时间和物质的质量与物质的运动无空间、时间和物质的质量与物质的运动无关而独立存在，空间永远是静止的、同一的，时

4、间关而独立存在，空间永远是静止的、同一的，时间永远是均匀地流逝着的。永远是均匀地流逝着的。7第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观牛顿力学的相对性原理牛顿力学的相对性原理注注 意意 牛顿力学的相对性原理牛顿力学的相对性原理,在宏观、在宏观、低速的范围内低速的范围内,是与实验结果相一致的是与实验结果相一致的.但在但在高速运动情况下高速运动情况下则则不适用不适用.举例如下页举例如下页所示所示：8第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦

5、兹变换式洛伦兹变换式对电磁现象的研究表明对电磁现象的研究表明:电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组不服从伽利略变换不服从伽利略变换.真空中的光速真空中的光速9第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式 试计算球被投出前后的瞬间，所发试计算球被投出前后的瞬间，所发出的光波达到观察者所需时间出的光波达到观察者所需时间.球球投投出出前前球球投投出出后后(根根据据伽伽利利略略变变换换)例例10第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换

6、式观察者先看到投出后的球，观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球后看到投出前的球.结果结果:球球投投出出前前球球投投出出后后(根根据据伽伽利利略略变变换换)11l=5000 光年光年物质飞散速度物质飞散速度AB 公元公元10541054年年,人们发现天上出现了一人们发现天上出现了一颗颗“客星客星”,其耀眼的光芒其耀眼的光芒,用肉眼在白用肉眼在白天也看得见天也看得见.史书记载它在天空中停留了史书记载它在天空中停留了2222个月个月,产生了著名的金牛座蟹状星云产生了著名的金牛座蟹状星云.12第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛

7、伦兹变换式 当一颗恒星在发生超新星爆发时当一颗恒星在发生超新星爆发时,它的外围物质向四面八方飞散它的外围物质向四面八方飞散,即有些即有些抛射物向着地球运动抛射物向着地球运动,现研究超新星爆发现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问过程中光线传播引起的疑问.l=5000 光年光年物质飞散速度物质飞散速度AB13第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式 A 点光线到达点光线到达地球所需时间地球所需时间 B 点光线到达点光线到达地球所需时间地球所需时间l=5000 光年光年物质飞散速度物质飞散速度AB14l=5000 光年光

8、年物质飞散速度物质飞散速度AB 理论计算观察到超新星爆发的强光理论计算观察到超新星爆发的强光的时间持续约的时间持续约 .实际实际持续时间约为持续时间约为 22 个月个月,这怎么解释这怎么解释?1514-2 迈克耳孙-莫雷实验 实验原理图实验原理图以太风以太风GTS地球相对于以太速度：地球相对于以太速度：v 光在光在以太速度：以太速度：c 光路光路1光光路路216 光顺着以太风方向传播光顺着以太风方向传播 光逆着以太风方向传播光逆着以太风方向传播 往返一次所需时间：往返一次所需时间：光路（光路（1）17光路（光路（2 2）光相对于地球的速度垂直于以太的方向。光相对于地球的速度垂直于以太的方向。往

9、返一次需要时间往返一次需要时间 22v-c18因为因为由由两束光的光程差：两束光的光程差：将仪器旋转将仪器旋转90，光程差将变号，光程改变量为光程差将变号，光程改变量为引起的条纹移动：引起的条纹移动：19零结果！零结果！光速：光速：所选光波长：所选光波长：地球绕太阳的公转速度：地球绕太阳的公转速度：干涉仪臂长约：干涉仪臂长约：20第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷莫雷实验测到以太漂移速实验测到以太漂移速度为零度为零,对以太理论对以太理论是一个沉重的打击是一个沉重的打击,被人们称为是笼罩在被

10、人们称为是笼罩在1919世纪物理学上空的世纪物理学上空的一朵乌云一朵乌云.21第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式爱因斯坦爱因斯坦 20世纪最伟大的物世纪最伟大的物理学家之一理学家之一,1905年、年、1915年先后创立狭义和年先后创立狭义和广义相对论广义相对论,1905年提年提出了光量子假设出了光量子假设,1921年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖,还在量子理论方面有重还在量子理论方面有重要贡献要贡献.（1879-1955）22第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论

11、的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式 真空中的光速是常量，沿各个方向真空中的光速是常量，沿各个方向都等于都等于c，与光源或观测者的运动状态与光源或观测者的运动状态无关无关.1 相对性原理相对性原理 物理定律在所有惯性系中都具有相物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式同的表达形式.2 光速不变原理光速不变原理一狭义相对论的基本原理一狭义相对论的基本原理23第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式 关键概念：相对性和不变性关键概念：相对性和不变性.狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理与实验事实与实验事实相符合相符合

12、.这两条基本原理是狭义相对论的基础这两条基本原理是狭义相对论的基础.241 1、洛仑兹变换的导出洛仑兹变换的导出寻找寻找重合重合两个参考系中相应的两个参考系中相应的坐标值之间的关系坐标值之间的关系有有*事件事件 P P 的时空坐标如图所示的时空坐标如图所示.二二 洛伦兹变换式洛伦兹变换式25和和的变换基于下列两点：的变换基于下列两点：（1）时空是均匀的，因此惯性系间的时空变换应该时空是均匀的，因此惯性系间的时空变换应该 是线性的。是线性的。（2）新变换在低速下应能退化成伽利略变换。新变换在低速下应能退化成伽利略变换。设设 的的 变换为：变换为：根据根据Einstein相对性原理相对性原理:的的

13、 变换为：变换为：26原点重合时，从原点发出一个光脉冲，其空间坐标为：原点重合时，从原点发出一个光脉冲，其空间坐标为：对对 系：系：对对 系：系：由光速不变原理由光速不变原理：相乘相乘(1)27时间关系的推导过程见下页时间关系的推导过程见下页时间时间关系关系28时间关系的推导过程；时间关系的推导过程；29二、二、时空变换关系时空变换关系正变换正变换30逆变换逆变换31伽利略变换伽利略变换讨论讨论1 1、在洛伦兹变换中时间和空间密切相关，在洛伦兹变换中时间和空间密切相关，它们不再是相互独立的。它们不再是相互独立的。2.uc 2.uc 变换无意义变换无意义速度有极限速度有极限323 3 洛伦兹速度

14、变换式洛伦兹速度变换式正变换正变换逆变换逆变换推导过程见下页推导过程见下页33*洛仑兹速度变换式的推导洛仑兹速度变换式的推导（1）正负号正负号 分子和分母上一样（2）分子和分母上 别的规律34由洛仑兹变换知由洛仑兹变换知35第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式讨论讨论光速不变光速不变如在如在S系中沿系中沿x方向发射一光信号方向发射一光信号,在在S系中观察系中观察:光速在任何惯性光速在任何惯性系中均为同一常量，系中均为同一常量，利用它可将时间测量利用它可将时间测量与距离测量联系起来与距离测量联系起来.36例：设想一飞船以例：设想一飞船以0.80c 的速度在地球上空飞行，的速度在地球上空飞行，如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体 相对飞船速度为相对飞船速度为0.90c 。问：从地面上看，物体速度多大？问：从地面上看，物体速度多大？s37解解：选飞船参考系为选飞船参考系为S系系地面参考系为地面参考系为S系系38