相對(duì)論講義一

1、一 慣性參考系慣性系:牛頓定律成立的參考系。非慣性系:相對(duì)于慣性系作加速運(yùn)動(dòng)的參考系。在研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球可近似地看成是慣性參考系一切相對(duì)于慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系也是慣性系。牛頓定律不成立的參考系。1二、牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀長(zhǎng)度的量度和時(shí)間的量度都與參考系無(wú)關(guān) ??？同樣兩點(diǎn)的距離或同樣的前后兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔無(wú)論在哪個(gè)慣性系中測(cè)量都是一樣的，而且時(shí)間和空間是彼此獨(dú)立、沒有任何聯(lián)系的。絕對(duì)的空間，就其本性而言，是與任何外界事物無(wú)關(guān)而永遠(yuǎn)相同和不動(dòng)的。絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自身在流逝著，而且由于其本性而均勻地與任何外界事物無(wú)關(guān)地流逝著。 牛頓2三、伽利略變換在兩個(gè)慣性系中考察同

2、一物理事件兩個(gè)慣性系：一物理事件： 質(zhì)點(diǎn)到達(dá) P 點(diǎn)兩個(gè)慣性系的描述分別為：3兩個(gè)描述的關(guān)系稱為變換坐標(biāo)原點(diǎn)重合。逆變換正變換4伽利略變換中默認(rèn)了絕對(duì)時(shí)空速度變換：5加速度變換：經(jīng)典力學(xué)規(guī)律具有伽利略變換不變性：不同慣性系描寫同一質(zhì)點(diǎn)的加速度相同。6四、伽利略變換的疑難因果律問(wèn)題事件 1 ：舉槍瞄準(zhǔn) 事件 2 發(fā)生 在 0.2 s 后： 子彈出膛 速度 0.5c 人在 45 萬(wàn)公里遠(yuǎn)處觀察： 事件 2 比 事件 1 早 0.3 s 發(fā)生 ?。? 機(jī)械波的傳播需要媒質(zhì)，當(dāng)時(shí)物理學(xué)家們認(rèn)為光波的傳播也需要一種媒質(zhì)-以太。邁克爾遜為證明以太的存在-邁克爾遜 莫雷實(shí)驗(yàn)8若以太存在，以太中光速一定，但地

3、球在以太中運(yùn)動(dòng)，對(duì)地球上的觀察者來(lái)說(shuō)，不同方向的光速應(yīng)不同，實(shí)驗(yàn)中兩束光的傳播應(yīng)有時(shí)間差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否定的！0 ！地球相于與以太的速度為零 ？不可思議！以太是多余的！光線不服從經(jīng)典的速度合成律，光速不變！“我的實(shí)驗(yàn)竟然對(duì)相對(duì)論這個(gè)怪物的誕生起了作用，我對(duì)此感到十分遺憾?！?光線不服從經(jīng)典的速度合成律,光速不變！結(jié)論：.以太不存在，光的傳播不需任何媒質(zhì)，可在 真空中傳播，以太不能作絕對(duì)參照系。 .地球上各方向光速相同，與地球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。設(shè)光源固定在地上，在地上測(cè)得光速為c,在勻速直線運(yùn)動(dòng)的小車上測(cè)得光速也是c！10五、狹義相對(duì)論的基本假設(shè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，在所有慣性系中，真空中的光速恒為c ，伽利

4、略變換以及導(dǎo)致伽利略變換的牛頓絕對(duì)時(shí)空觀有問(wèn)題，必須尋找新的變換，建立新的時(shí)空觀。狹義相對(duì)性原理：一切物理定律在所有的慣性系中具有相同的數(shù)學(xué)形式。 2. 光速不變?cè)恚涸谒械膽T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)。11說(shuō)明同時(shí)具有相對(duì)性，時(shí)間的量度是相對(duì)的 .和光速不變緊密聯(lián)系在一起的是：在某一慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在相對(duì)于此慣性系運(yùn)動(dòng)的另一慣性系中觀察，并不一定是同時(shí)發(fā)生的 .長(zhǎng)度的測(cè)量是和同時(shí)性概念密切相關(guān).12五、洛倫茲變換在兩個(gè)慣性系中考察同一物理事件兩個(gè)慣性系：一物理事件： 質(zhì)點(diǎn)到達(dá) P 點(diǎn)兩個(gè)慣性系的描述分別為：坐標(biāo)原點(diǎn)重合。13* 當(dāng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于c 時(shí)

5、，過(guò)渡到伽利略變換。* 兩參考系的相對(duì)速度不可能等于或大于光速。* 時(shí)間坐標(biāo)與空間坐標(biāo)相關(guān)連。* 物理定律應(yīng)在洛倫茲變換下保持不變。14洛倫茲變換反映了相對(duì)論的時(shí)空觀S 系中兩個(gè)事件：系：不同地點(diǎn)但同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中不同時(shí)。同一地點(diǎn)、同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中也同時(shí)。同地點(diǎn)但不同時(shí)的兩個(gè)事件在另一系中不同時(shí)。15在 S 系中測(cè)量 系中的棒長(zhǎng)，應(yīng)：16例1、在慣性系 S 中，有兩事件同時(shí)發(fā)生在 x 軸上相距1.0103 m 處，從 S觀察到這兩事件相距 2.0103 m 。試問(wèn)在 S系測(cè)得此兩事件的時(shí)間間隔為多少？解：17解：例2、一長(zhǎng)為1m 的棒，相對(duì)于S 系靜止并與 x 軸夾= 45 。

6、問(wèn)：在S 系的觀察者來(lái)看，此棒的長(zhǎng)度以及它與 x 軸的夾角為多少？（已知 ）18例3.一固有長(zhǎng)度為 L0=90 m的飛船，沿船長(zhǎng)方向相對(duì)地球以 v =0.80 c 的速度在一觀測(cè)站的上空飛過(guò)，該站測(cè)的飛船長(zhǎng)度及船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔各是多少？船中宇航員測(cè)前述時(shí)間間隔又是多少？19例4.宇宙飛船相對(duì)于地面以速度 v 作勻速直線飛行，某一時(shí)刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個(gè)光訊號(hào)，經(jīng)過(guò) Dt （飛船上的鐘）時(shí)間后，被尾部的接收器收到，則由此可知飛船的固有長(zhǎng)度為： A 20例5： 邊長(zhǎng)為a的正方形薄板靜止于慣性系S的xoy平面內(nèi)，且兩邊分別與x、y軸平行，今有慣性系S以0.8c的速度相對(duì)于S系沿x軸作勻速