高二物理競賽相對論速度變換課件

第四章相對論基礎(chǔ)§4-4相對論速度變換≈30萬公里/秒光線從地球到月球僅需約1.255秒陽光要花費大約8分19秒才能到達地球2目錄第一章力和運動第二章運動的守恒量和守恒定律第三章剛體和流體的運動第四章相對論基礎(chǔ)第五章氣體動理論第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第七章靜止電荷的電場第八章恒定電流的磁場第九章電磁感應(yīng)電磁場理論§4-1經(jīng)典力學(xué)的時空觀伽利略相對性原理§4-2狹義相對論基本原理狹義相對論的時空觀§4-3洛侖茲變換§4-4相對論速度變換§4-5狹義相對論動力學(xué)基礎(chǔ)*§4-6廣義相對論簡介“我沒有什么特別的才能，不過喜歡窮根究底地追究問題罷了?！薄拔也贿^是保持了自然界表示“詫異”的能力。當大多數(shù)物理學(xué)家沿著牛頓的道路繼續(xù)前進時，我卻試圖走另外的路。”3歲才開始說話，上學(xué)時回答問題要思考半天，校長甚至對愛因斯坦的父親說：您的孩子無前途可談。中年以后，愛因斯坦在給朋友的信中曾寫道：“為什么是我，而不是他人發(fā)現(xiàn)了相對論？我想可能是由于我童年時代是一個智力遲鈍的小孩。一般人對時間和空間的認識大都在童年時代完成，而我發(fā)育較遲，到了成年才開始考慮時間與空間的問題。成年人思考孩童時的問題當然要更深一些，更成熟一些?！?伽利略速度變換定理基本坐標系：質(zhì)點：P運動坐標系：在K系中：在K’系中：K’系相對于K系的速度：速度變換定理：加速度變換：絕對速度相對速度牽連速度在牛頓力學(xué)中力

和質(zhì)量

都與參考系的選擇無關(guān)，而在不同慣性系中加速度

又相同，所以在不同慣性系中

的形式不變?？梢姡だ宰儞Q和力學(xué)相對性原理是一致的。絕對時空觀=〉相對性原理若為常量。4速度變換S系中：S'系中：5速度變換1、若u<<c，則洛侖茲速度變換過渡到伽里略速度變換：

2、不可能通過參考系變換達到超光速！當

時，

，

這與光速不變原理一致；當

時，

，

即通過參考系變換不可能實現(xiàn)等于或超過光速。

3、加速度變換a'≠a。牛頓第二定律對洛侖茲變換不能保持形式不變。6速度逆變換正變換逆變換例題4-27

yyxxb

a

0.9c0.9cK系K'系如用伽利略速度變換進行計算，結(jié)果為：解：K系：在飛船b上,

地面對K參考系以

v=0.9c的速度運動。K'系：地面，飛船a相對于K'系的速度u'x=0.9c則飛船a對K系的速度：例題4-2：能否超光速？8在地面上測到有兩個飛船a、b分別以+0.9c和-0.9c的速度沿相反的方向飛行。求飛船a相對于飛船b的速度有多大？但，就一個物體來講，它對任何其他物體或參考系，

其速度的大小是不能大于c的！討論：相對于地面來說，兩飛船的“相對速度”確是等于1.8c。即地面上的觀察者測量，兩飛船的距離是按2*0.9c的速率增加的?!yyxxb

a

0.9c0.9cK系K'系時間和空間可以合二為一變成一個整體：時空從地球觸發(fā)，經(jīng)過8分多鐘可以到達太陽，10萬年后能穿越我們所在的銀河系，超過200萬年后可到仙女座星系——我們在宇宙中最近的鄰居。當然這是從地球的視角來看的。如果我們乘坐以99.99999999%光速行使的飛船，我們就能在短短50年的時間里沖出銀河系，到達仙女星座系。愛因斯坦：時間和空間的真面目并不是它們表面看上去的那樣！如果我們能超光速地移動，那么人造時間機器就能回到歷史上的任意時刻。9

10追趕汽車的人感覺汽車的速度比實際速度慢，甚至?xí)杏X汽車停了下來。

K

光是電磁波，以光速前進11電磁波：由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場，在空間中以波的形式傳遞能量和動量，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面。載體為光子，不需要依靠介質(zhì)傳播。麥克斯韋方程組的積分形式

根據(jù)電磁波方程可以推導(dǎo)出電磁波速度公式：12

在波動方程中，即使從一條與波做相同運動的線上看，波的運動也沒有任何變化。波的速度由振動決定，不管如何觀察都不會有變化。光是振動傳播的，而且其振動不因觀察角度的變化而變化，所以無論以何種速度觀察，光速都是一定的、恒定的。即，不管是靜止或與光一起跑，光本身的振動都沒有變化。教材P148

光的速度與光源的速度沒有關(guān)系1955年，蘇聯(lián)的天文學(xué)家利用旋轉(zhuǎn)的太陽兩側(cè)的光做實驗：太陽旋轉(zhuǎn)時，它的一側(cè)永遠向著我們轉(zhuǎn)，而另一側(cè)則永遠背對著我們轉(zhuǎn)。證實從太陽兩側(cè)射向地球的光速是相等的。地球以每秒30公里的速度圍繞

太陽旋轉(zhuǎn)，太陽以每秒250公里

的速度帶著我們圍繞銀河系中

心旋轉(zhuǎn)，每年行程79億公里，

而銀河系又以每秒600公里的

速度帶著太陽系向長蛇星座奔

去，每年行程190億公里。

我們?nèi)祟惷繒r每刻都在走向

一個完全陌生的宇宙空間。13速度相加？

14A

究竟是哪個鐘變慢了？甲乙相對運動，甲看乙鐘變慢了；運動是相對的，乙看甲鐘也慢了？15AABB

白鐘都是可以對準的，而黃色鐘卻無法對準！

甲看乙鐘甲乙地球上看飛船的鐘變慢了。究竟是哪個鐘變慢了？甲乙相對運動，甲看乙鐘變慢了；

運動是相對的，乙看甲鐘也慢了？16甲乙ABAB

白鐘都是可以對準的，而黃色鐘卻無法對準！

乙看甲鐘飛船上看地球的鐘變慢了。到底是誰變老了？甲乙相對運動，甲看乙鐘變慢了，回來時乙更年輕；