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1、2020/10/16,1,第十四章相对论,NO.6-1,Relativity,2,2020/10/16,2014年3月8日，马航客机MH370失联；很久未确定飞机位置的原因：依靠地面雷达的空管技术难以掌握飞机实际位置。,3,2020/10/16,NAVSTAR permits locations and speeds any where on Earth to be determined to within about 16 m and 2 cm/s.However,if relativity effects were not taken into account,speeds could n
2、ot be determined any closer than about 20 cm/s,which is unacceptable for modern navigation systems.,4,2020/10/16,相对论包括:,狭义相对论（1905）,广义相对论（1915）,只适用于惯性系；是由爱因斯坦在洛仑兹和庞加莱等人的工作基础上创立的“时空理论”，是对牛顿时空观的拓展和修正。,包括惯性系、非惯性系；以几何语言建立而成的引力理论，将引力 改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空。,5,2020/10/16,一、狭义相对论研究：,事件何时发生？在哪里发生？,事件之间相隔多远？相隔
3、多久？,时间和空间的关系？,物体的质量与运动是否有关？,时间和长度的测量与参考系是否有关？,6,2020/10/16,长度收缩（Length Contraction）,二、狭义相对论的一些结论：,7,2020/10/16,时间延缓（Time Dilation）,二、狭义相对论的一些结论：,8,2020/10/16,相对质量,二、狭义相对论的一些结论：,回旋加速器（Cyclotron）,9,2020/10/16,相对论多普勒效应（Relativistic Doppler Effect）,二、狭义相对论的一些结论：,10,2020/10/16,三、狭义相对论的重要性：,建立了适用于高速运动的,促进
4、了原子能的利用；,导致了广义相对论的建立，,更加精确的时空观；,在天体观测中有重要应用。,11,2020/10/16,四、从三个方面讨论狭义相对论：,基本原理（假设),时空观,动力学,2020/10/16,12,教学目标,1.了解狭义相对论的产生过程,4.理解相对论时空观,3.掌握洛伦兹变换关系,5.理解同时的相对性,2.理解两个基本原理,2020/10/16,13,1.绝对时空观 与 力学相对性原理,（1）空间间隔（长度）、时间间隔、物体质量及,（2）物体的位置、速度、动量和动能则是与参考系,（3）在所有参考系中，惯性系占有特殊地位。,力学相对性原理,一.狭义相对论的产生,相互作用力是与参考
5、系无关的绝对量；,参考系，物体的位置、速度关系遵从伽利略变换；,有关的相对量。对于两个相对作匀速直线运动的,保持数学形式不变。,牛顿运动定律，能量、动量、角动量定理及其守恒定,律只在惯性系中成立。这些力学规律在Galileo变换下,2020/10/16,14,2.电磁学发展及其与绝对时空观的矛盾,（1）电磁学规律：,Maxwell 方程组,在真空中,（2）电磁学规律与绝对时空观的矛盾,真空中光速不变与Galileo速度变换式；,Maxwell 方程组不满足相对性原理。,（3）矛盾的解决,电磁学规律正确，需建立新的时空变换关系；,对性原理。光速只在一特殊参考系（绝对参考,系）以太中保持不变。,G
6、alileo速度变换式正确，电磁学规律不符合相,（追光实验）,一.狭义相对论的产生,2020/10/16,15,.爱因斯坦建立狭义相对论,（1）了解到马赫、彭加勒对绝对时空观的批判；,（2）了解到迈克尔孙莫雷实验的零结果；,（3）了解到洛伦兹在提出收缩公式和Lorentz变换式，但坚持绝对时空观，无法解释零结果；,抛弃以太，光速是常量，与惯性系的选取无关；,坚持自然界规律简单、和谐、统一、,一.狭义相对论的产生,坚持批判思想,2020/10/16,16,.两个基本原理（Two Principles of Special Theory of Relativity）,（1）相对性原理（The Re
7、lativity Principle）,物理规律在所有的惯性系中具有相同的,（2）光速不变原理（The Speed of Light Principle）,真空中的光速是常量，与光源或观测者的,表达形式,运动无关.,一.狭义相对论的产生,2020/10/16,17,1.洛伦兹变换(The Lorentz Transformation),详见：卢德馨 University Physics(second Edition)P160,线性变换 1.运动方程线性（惯性系）；2.时间、空间均匀且各向同性,相对性原理,光速不变原理,二.洛伦兹变换关系,*,2020/10/16,18,逆变换,洛伦兹变换,1.
8、洛伦兹变换(The Lorentz Transformation),伽利略变换,二.洛伦兹变换关系,2020/10/16,19,2.速度相对性(The Relativity of Velocities),速度变换,二.洛伦兹变换关系,2020/10/16,20,2.时间空间不互相独立，,1.空间、时间的测量是相对的，与参考系,3.光速 c 是建立不同惯性系间时空变换的,的选择有关.,而是不可分割的整体.,纽带.,三.狭义相对论时空观,2020/10/16,21,Albert Einstein 1905,3.关于光的产生和转化的一个试探性观点；,2.热的分子动理论所要求的静止液体中悬浮粒子的运动
9、；,4.物质的质量同它所含的能量相关吗？；,光量子 光电效应,布朗运动 原子真实存在,E=mc2 核能的利用,1879-1955,1.论运动物体的电动力学；,狭义相对论 时空观的革命,2020/10/16,22,2005 爱因斯坦年,23,2020/10/16,例1 设有两个参考系和，它们的原点在和时重合在一起。有一事件，在系中发生在处，若系相对于系以速率沿 轴运动，问该事件在系中的时空坐标为多少？,讨论狭义相对论问题的三个步骤：,Step1:确定坐标系,Step2:明确事件,Step3:根据已知条件和所求量确定变换关系,24,2020/10/16,例 在地面上测得两个飞船分别以 和 的速度向
10、相反方向飞行。求其中一飞船相对于另一飞船的速度为多大？,讨论狭义相对论问题的三个步骤：,Step1:确定坐标系,Step2:明确事件,Step3:根据已知条件和所求量确定变换关系,25,2020/10/16,例 在地面上测得两个飞船分别以 和 的速度向相反方向飞行。求其中一飞船相对于另一飞船的速度为多大？,若在其中一飞船中水平向右发射一束光，则这束光在另一飞船中测量速度为多大？,26,2020/10/16,例 在地面上测得两个飞船分别以 和 的速度向相反方向飞行。求其中一飞船相对于另一飞船的速度为多大？,若在其中一飞船中垂直向上发射一束光，则这束光在另一飞船中测量速度为多大？,2020/10/
11、16,27,1.同时的相对性(The Relativity of Simultaneity),（1）同时（Simultaneity）：,在某一惯性系中同时发生的两个事件，在另一,说“那列火车7点钟到达这里”，其意思是说“我,1905年论文中写道：比如我们,（2）同时的相对性,个相对它运动的惯性系中，并不一定同时发生,的表的短针指在7和火车到达是同时事件”,三.狭义相对论时空观,2020/10/16,28,今日作业,145，1410，1411,29,2020/10/16,Galileo 变换关系,时空变换式,速度变换式,加速度变换式,30,2020/10/16,麦克斯韦方程组(Maxwells equations),For free space(vacuum),31,2020/10/16,迈克耳逊莫雷（Michelson-Morley）实验验证以太（Ether）假说,1907Nobel prize in physics,THANKSFOR WATCHING,谢谢大家！本文档为精心编制而成，您可以在下载后自由修改和打印，希望下载对您有帮助！,演讲人:XXX,PPT文档教学课件,
