狹義相對(duì)論基礎(chǔ)(簡(jiǎn)).ppt

狹義相對(duì)論基礎(chǔ) 內(nèi)容提要 一 狹義相對(duì)論的基本假設(shè) 三 狹義相對(duì)論時(shí)空觀 二 洛侖茲變換 四 相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 一 狹義相對(duì)論的基本假設(shè) 2 相對(duì)性原理 1 光速不變假設(shè) 一切物理定律在所有的慣性系中都等效 物理定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式在所有的慣性系中具有相同的形式 在所有的慣性系中 真空中的光速恒為c 與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān) 二 洛侖茲變換 1 事件與參照系 1 1事件 有明確的地點(diǎn)與時(shí)間的一件事 P x y z t 1 2參照系 不同參照系對(duì)同一事件發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果一般不同 例 物體的運(yùn)動(dòng)可視為一系列事件的集合 2 洛倫茲變換 2 1 洛倫茲坐標(biāo)變換 2 2洛倫茲速度變換 洛倫茲速度變換滿足光速不變性的假設(shè) 三 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 3 運(yùn)動(dòng)的鐘變慢 1 時(shí)間間隔的相對(duì)性 1 兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔與參照系有關(guān) 2 若參照系S 測(cè)得某兩個(gè)事件發(fā)生在同一地點(diǎn) 時(shí)間間隔為 t 則參照系S測(cè)得這兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔為 2 空間間隔的相對(duì)性 1 兩個(gè)事件發(fā)生的空間間隔與參照系有關(guān) 2 若參照系S 測(cè)得某兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生 事件發(fā)生的空間間隔為 l 則參照系S測(cè)得這兩個(gè)事件發(fā)生的空間間隔為 3 運(yùn)動(dòng)的尺變短 3 同時(shí) 的相對(duì)性 在一個(gè)參照系中測(cè)得同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件 在另一個(gè)參照系中測(cè)得未必同時(shí)發(fā)生 相對(duì)論中 同時(shí) 只有相對(duì)的意義 4 先后 的相對(duì)性 在一個(gè)參照系中測(cè)得先發(fā)生的事件 在另一個(gè)參照系中測(cè)得可能后發(fā)生 相對(duì)論中 先后 只有相對(duì)的意義 但如果兩個(gè)事件存在因果關(guān)系 則其先后順序不可能倒置 四 相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 1 經(jīng)典動(dòng)力學(xué)及其局限性 1 1經(jīng)典動(dòng)力學(xué)基本方程 1 2經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的局限性 局限性 高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不能適用 不滿足相對(duì)性原理 即不滿足洛侖茲變換下的不變性 經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的改造 2 重修定義相關(guān)物理量 物理定律不變 1 改造物理定律 物理量的定義不變 2 相對(duì)論的質(zhì)量與動(dòng)量 2 1相對(duì)論的質(zhì)量 2 2相對(duì)論的動(dòng)量 3 相對(duì)論的能量 動(dòng)能 總能 靜能 4 相對(duì)論動(dòng)量與能量的關(guān)系 5 相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基本方程 典型題解 解 1 2 2 盡快獲知有無(wú)外星人的 好辦法 某外星M離地球2萬(wàn)光年 即光從地球傳播到該外星需2萬(wàn)年時(shí)間 某宇航員以速度u從地球出發(fā)駛向該外星 假設(shè)宇航員估計(jì)自己還能活100年 問(wèn) 該宇航員是否可能在有生之年抵達(dá)外星 若可能 其速度u至少為多大 解 以地球?yàn)閰⒄障?運(yùn)動(dòng)的宇航員的壽命 為使宇航員在有生之年抵達(dá)外星 必須 能 以宇航員為參照系 為使宇航員在有生之年抵達(dá)外星 必須 外星M與地球間的距離 3 誰(shuí)先動(dòng)手 在一節(jié)長(zhǎng)為100米的車廂里 A在車廂尾 B在車廂頭 火車以0 6c的速度駛過(guò)一個(gè)站臺(tái)時(shí) 站臺(tái)上的人先看到A向B開槍 過(guò)了0 125微秒后 B向A開槍 問(wèn) 在車上的乘客看來(lái) 是誰(shuí)先開槍 兩人開槍的時(shí)間差為多少 解 4 在地面上測(cè)到有兩個(gè)飛船分別以0 9c和 0 9c的速度向相反方向飛行 求此一飛船相對(duì)于另一飛船的速度多大 解 5 在太陽(yáng)參考系中觀察 一束星光垂直射向地面 速率為c 而地球以速率u垂直于光線運(yùn)動(dòng) 求在地面上測(cè)量 這束星光的速度的大小與方向各如何 解 6 在實(shí)驗(yàn)室中 有一個(gè)速度 5 13 c飛行的原子 沿著其運(yùn)動(dòng)方向以相對(duì)于原子為0 6c的速度射出一電子 問(wèn) 1 實(shí)驗(yàn)室中的觀察者測(cè)得電子的速度為多少 2 實(shí)驗(yàn)室中的觀