狭义相对论的基本假设洛仑兹变换.ppt

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1、上页下页物理学是一门实验的科学。迈克尔逊、莫雷想用实验找到以太这个绝对静止的参照系。上页下页6.2 狭义相对论的基本假设迈克耳孙-莫雷实验对光线：O M1O1.光速的伽利略变换未能被实验证实 迈克耳孙-莫雷实验的零结果想象一种叫“以太”的连续介质充满了宇宙空间，就象空气中的声波一样，光线和电磁信号是“以太”中的波。Maxwell 电磁场方程组不服从伽利略变换真空中的光速设地球相对于“以太”（绝对惯性系），以速度沿OM1方向运动上页下页对光线：O M2 O由l1=l2=l 和v c两束光线的时间差当仪器转动/2 后，引起干涉条纹移动实验结果:迈克耳孙 莫雷实验的零结果，说明“以太”本身不存在。上

2、页下页Ethernet以太网以太网，属网络低层协议，通常在OSI模型的物理层和数据链路层操作。它是总线型协议中最常见的，数据速率为10Mbps（兆比特/秒）的同轴电缆系统。该系统相对比较便宜且容易安装，直接利用每个工作站网卡上的BNC-T型连接器，就可以将电缆从一个工作站连接到另一个工作站，完成网络传输控制任务。知识卡片上页下页1905年，A.Einstein2.狭义相对论的两个基本假设假设1.相对性原理 在所有惯性系中，一切物理学定律都相同，即具有相同的数学表达式。或者说，对于描述一切物理现象的规律来说，所有惯性系都是等价的。假设2.光速不变原理 在所有惯性系中，真空中光沿各个方向传播的速率

3、都等于同一个恒量，与光源和观察者的运动状态无关。首次提出了狭义相对论的两个假设注意：这一原理实际上是伽利略力学相对性原理的推广，它不仅包含力学现象，而且包括一切其他的物理现象。包括两个意思：l 光速不随观察者的运动而变化 l 光速不随光源的运动而变化 上页下页一切物理规律任何惯性系去测量光速都是c，与光源及参照系的运动无关。(1)Einstein相对性原理是Newton力学相对性原理的发展。(2)光速不变原理与伽利略变换针锋相对。力学规律(3)观念上的变革 时间和长度等的测量牛顿力学时间 长度 质量速度与参考系有关(相对性)狭义相对论力学光速与参考系无关长度 时间 质量 速度与参考系有关上页下

4、页洛伦兹变换 在相对论以前，H.A.洛伦兹从存在绝对静止以太的观念出发，考虑物体运动发生收缩的物质过程得出洛伦兹变换。在洛伦兹理论中，变换所引入的量仅仅看作是数学上的辅助手段，并不包含相对论的时空观。爱因斯坦与洛伦兹不同，以观察到的事实为依据，立足于两条基本原理：相对性原理和光速不变原理，着眼于修改运动、时间、空间等基本概念，重新导出洛伦兹变换，并赋予洛伦兹变换崭新的物理内容。在狭义相对论中，洛伦兹变换是最基本的关系式，狭义相对论的运动学结论和时空性质，如同时性的相对性、长度收缩、时间延缓、速度变换公式、相对论多普勒效应等都可以从洛伦兹变换中直接得出。上页下页6.5洛伦兹变换假设某一事件在惯性

5、系 S 中的时空坐标为(x,y,z,t)，在惯性系 S 中的时空坐标为(x,y,z,t)则其坐标之间的变换关系，即洛伦兹坐标变换式表示为正变换式 逆变换式式中：洛伦兹HendrikAntoonLorentz(1853-1928)P(x,y,z;t)(x,y,z;t)yOzSx(x)OzySx上页下页说明：(1)彻底抛弃了t=t的绝对时间的概念，集中反映了相对论关于时间、空间和物质运动三者紧密联系的新概念。(2)当u c 洛伦兹变换简化为伽利略变换式(3)光速是各种物体运动的极限速度 为虚数（洛伦兹变换失去意义）因此：相对论也就指出了经典力学的局限性和适用范围，即，仅在低速情况下，经典力学的结论

6、才是适用的。上页下页（4）空间测量与时间测量相互影响，相互制约事 件 1事 件 2时间间隔空间间隔S S上页下页例1:地面参考系 S 中，观测到 x=4.0106 m 处在t=0.02s 时刻发生一闪光。求:在相对地球以匀速u=0.5c沿x 轴正方向运动的飞船中（作为S系），观测到的闪光发生的地点和时间。解:由洛伦兹变换式上页下页6.6 相对论速度变换式速度变换uP S：S：设惯性系S 中一质点P以速度运动，该质点相对S系的速度为上页下页由用dt除以上三式说明：当u和远小于光速c时，相对论速度变换式又回到伽利略速度变换式。相对论速度变换式上页下页在S系中，测得光信号速度为c。S系相对S系沿x方

7、向以u 匀速运动。uc光信号S：x=cS：x=？！不管u 多大，在S 系中测得光速仍然是c 追赶光是徒劳的！c 是一切物质运动的极限速率。例2解S 系测得光信号的速度。求上页下页狭义相对论的两个基本假设假设1.相对性原理 在所有惯性系中，一切物理学定律都相同，即具有相同的数学表达式。或者说，对于描述一切物理现象的规律来说，所有惯性系都是等价的。假设2.光速不变原理 在所有惯性系中，真空中光沿各个方向传播的速率都等于同一个恒量c,与光源和观察者的运动状态无关。小结：上页下页洛伦兹变换 假设某一事件在惯性系 S 中的时空坐标为(x,y,z,t)，在惯性系 S中的时空坐标为(x,y,z,t)，则其坐标之间的变换关系，即洛伦兹坐标变换式表示为正变换式 逆变换式式中：推论上页下页相对论速度变换式作业：195页6.46.5选作上页下页球投出前结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间.(根据伽利略变换)球投出后