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1、本章目录,14-1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观,14-2 迈克耳孙-莫雷实验,14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式,14-4 狭义相对论的时空观,物理学第五版,14-6 相对论性动量和能量,2,系相对于 系以匀速沿 轴运动，两参照系中同一事件的时空关系:,3,在两相互作匀速直线运动的惯性系中,牛顿运动定律具有相同的形式-力学的相对性原理,4,二 经典力学时空观,绝对空间:空间与运动无关,空间绝对静止.空间的度量与惯性系无关,绝对不变,绝对时间:时间均匀流逝,与物质运动无关,所有惯性系有统一的时间.,牛顿力学的相对性原理,在宏观、低速的范围内,与实验结果相一致的.,伽利略变换的困难:
2、1)电磁场方程组不服从伽利略变换,2)光速c,3)实验观测：速度为0.99975c的 衰变后变为能量为6GeV的辐射光子,实验测得的光速仍为c。,6,麦氏方程组不满足伽氏变换的原因分析：,麦克斯韦方程不正确,伽利略变换不正确,电磁运动不服从相对性原理,推测：存在绝对静止的参照系-以太。电磁波在以太中以光速传播。,7,证明绝对静止参考系“以太”存在的实验,实验结果,结论：作为绝对参考系的以太不存在.,14-2 迈克耳孙-莫雷实验,8,爱因斯坦,20世纪最伟大的物理学家,1905年、1915年先后创立狭义和广义相对论,1905年提出了光量子假设,1921年获得诺贝尔物理学奖,还在量子理论方面有重要
3、贡献.,（1879-1955）,9,真空中的光速是常量，沿各个方向都等于c，与光源或观测者的运动状态无关.,1 相对性原理,物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式.,2 光速不变原理,一狭义相对论的基本原理,10,二 洛伦兹变换式,11,S 系(地面参考系),设 S系中x1、x2两处发生两事件,时间间隔为.问 S系中这两事件发生的时间间隔是多少？,一 同时的相对性,12,系(车厢参考系),同时的相对性,13,同时的相对性：,结论:同时性具有相对意义,事件 1:车厢后壁接收器接收到光信号事件 2:车厢前壁接收器接收到光信号,14,二 长度的收缩(动尺变短),棒沿 轴对 系静止放置,在 系中同
4、时测得两端坐标,则棒的固有长度为：,问 在S系中测得棒有多长?,15,设 在S系中某时刻 t 同时测得棒两端坐标为x1、x2，则S系中测得棒长 l=x2-x1，l与l0的关系为：,结论：长度具有相对意义,物体在运动方向上长度收缩,16,例1 一光子火箭，相对于地球以速率 直线飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为 15m，问以地球为参考系，此火箭有多长？,解,固有长度,运动长度,17,三 时间的延缓(动钟变慢),18,发射光信号,接受光信号,时间间隔,系同一地点 B 发生两事件,19,固有时间：同一地点发生的两事件的时间间隔.,时间延缓：运动的钟走得慢.,20,狭义相对论的时空观(1)空间和时间
5、都是相对的，与参照系的选择（即运动）有关.(2)时间与空间不互相独立，而是不可分割的整体，构成四维时空。,21,例3 设想一光子火箭以 速率相对地球作直线运动，火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去 10 min,则地球上的观察者测此事用去多少时间？,运动的钟似乎走慢了.,解 设火箭为 系、地球为 S 系,22,(1)相对论动量遵循洛伦兹变换,当 时,一动量与速度的关系,(2)相对论质量,静止质量：m0,23,相对论质量,说明质量与速度有关.,24,物体相对于惯性系静止时的质量.,静质量:,结论:质量具有相对意义.,可以认为质点的质量是一个常量,牛顿力学仍然适用.,当 时,25,三质量与能量的
6、关系,动能定理,设,积分,26,相对论动能,当 时，,静能量,物体静止时所具有的能量.,27,相对论质能关系,质能关系指出：物质的质量和能量之间有密切的联系.,总能量,相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律,28,惯性质量的增加和能量的增加相联系，能量的改变必然导致质量的相应变化，这是相对论的又一极其重要的推论.,相对论的质能关系为开创原子能时代提供了理论基础,这是一个具有划时代意义的理论公式.,29,四质能公式在原子核裂变和聚变中的应用,质量亏损,原子质量单位,放出的能量,1 核裂变,1g 铀 235 的原子裂变释放的能量,30,原子弹爆炸（核裂变）,1967年6月17日，中国第一颗氢弹爆
7、炸成功,31,五 动量与能量的关系,极端相对论近似,32,光子,光的波粒二象性,33,“If relativity is proved right,the Germans will call me a German，the Swiss will call me a Swiss citizen，and the French will call me a great scientist.If relativity is proved wrong the French will call me a Swiss，the Swiss will call me a German，and the Germa
8、ns will call me a Jew.”Albert Einstein,34,狭义相对论自测题,35,36,37,38,解:,39,解:,40,解:,41,解:,42,由能量守恒,解:,43,相对的,运动,44,解:,由:,得:,45,解法1:,利用长度收缩效应：设宇宙飞船的速度为u,从飞船的角度来讲,空间相对它以u的速度运动.牛郎星与地球间的距离变短了。,解法2:,利用动钟变慢效应：从地面上的角度来讲,宇宙飞船上的钟走的慢了。,46,解:,47,解:,48,解:,解:,49,解:,4,50,解:,51,解:,已知:,对甲:,对乙:,91016 J,1.51017 J,52,解:,对甲:,对乙:,53,解:,CF,54,谢 谢,河南理工大学物理化学学院,
