高中奥林匹克竞赛专题 相对论原理与分析实例课件

第四章狭义相对论第四章狭义相对论1AlbertEinstein（1879—1955）AlbertEinstein（1879—1955）2高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件3§4-2狭义相对论的基本假设§4-3狭义相对论的时空观§4-4洛仑兹变换§4-5相对论的动力学问题§4-1伽利略变换和牛顿绝对时空观§4-2狭义相对论的基本假设§4-3狭义相对论的时空观§4§4-1伽利略变换和牛顿绝对时空观§4-1伽利略变换和牛顿绝对时空观5一、伽利略变换1.事件与参照系一、伽利略变换1.事件与参照系62、伽利略变换正变换逆变换坐标变换2、伽利略变换正变换逆变换坐标变换7速度变换正变换逆变换速度变换正变换逆变换8二、牛顿的绝对时空观二、牛顿的绝对时空观9绝对时空观：

时间：是一种自然的流逝。“绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与外界事物无关。”空间：是一种物质运动的场所。“绝对的空间就其本质而言与外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。”绝对时空观：10§4-2狭义相对论的基本假设§4-2狭义相对论的基本假设11一、光的速度与迈克尔逊—莫雷实验问题：c是相对于哪一个参照系的速度？1、光的速度2、以太说与迈克尔逊—莫雷实验以太说：

宇宙中弥漫着一种无所不在的媒质，万物（包括光）相对于该媒质运动。以太实际上被认为是一种绝对空间。若以太存在，对地球上的观察者来，不同方向的光速应不同。一、光的速度与迈克尔逊—莫雷实验问题：c是相对于哪一个参12迈克尔逊—莫雷实验：实验结果是否定的！“我的实验竟然对相对论这个怪物的诞生起了作用，我对此感到十分遗憾。”迈克尔逊—莫雷实验：实验结果是否定的！“我的实验竟然对相131、狭义相对性原理：2、光速不变原理：二、狭义相对论的基本假设一切物理定律在所有的惯性系中具有相同的数学形式。在所有的惯性系中,真空中的光速恒为c，与光源或观察者的运动无关。伽里略变换与光速不变性假设不相符。狭义相对论的基本假设否定了绝对空间的存在。1、狭义相对性原理：2、光速不变原理：二、狭义相对论的基本假14§4-3狭义相对论的时空观§4-3狭义相对论的时空观15一、“同时”的相对性2l02l一、“同时”的相对性2l02l16结论：

在一个参照系中测得同时发生的两个事件，在另一个参照系中测得未必同时发生，相对论中同时只有相对的意义。结论：17二、时间量度的相对性ll二、时间量度的相对性ll18高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件19三、长度量度的相对性l0l三、长度量度的相对性l0l20高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件21§4-3洛仑兹变换§4-3洛仑兹变换22一、坐标变换坐标原点重合。一、坐标变换坐标原点重合。23高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件24洛伦兹变换反映了相对论的时空观S系：不同地点但同时的两个事件在另一系中不同时。同一地点、同时的两个事件在另一系中也同时。同地点但不同时的两个事件在另一系中不同时。系：洛伦兹变换反映了相对论的时空观S系：不同地点但同时的两个事25洛伦兹坐标变换的推论：洛伦兹坐标变换的推论：26二、速度变换洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。二、速度变换洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。27例4-1父与子：

例4-1父与子：28高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件29例4-2尽快获知有无外星人的“好办法”：某外星M离地球2万光年（即光从地球传播到该外星需2万年时间），某宇航员以速度u从地球出发驶向该外星。假设宇航员估计自己还能活100年，问：该宇航员是否可能在有生之年抵达外星？若可能，其速度u至少为多大？

例4-2尽快获知有无外星人的“好办法”：某外星M离地球2万30高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件31例4-3谁先动手：例4-3谁先动手：32解：解：33

§4-5相对论的动力学问题§4-5相对论的动力学问题34一．经典动力学及其局限性

一．经典动力学及其局限性35高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件36高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件372．相对论的质量与动量1.相对论的质量：2.相对论的动量：2．相对论的质量与动量1.相对论的质量：2.相对论的动量38推导过程：推导过程：39高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件40三.相对论的能量动能：

总能：静能：三.相对论的能量动能：总能：静能：41推导过程：推导过程：42说明：说明：43四.相对论动力学基本方程四.相对论动力学基本方程44高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件45高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件46高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件47高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件48高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件49第四章狭义相对论第四章狭义相对论50AlbertEinstein（1879—1955）AlbertEinstein（1879—1955）51高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件52§4-2狭义相对论的基本假设§4-3狭义相对论的时空观§4-4洛仑兹变换§4-5相对论的动力学问题§4-1伽利略变换和牛顿绝对时空观§4-2狭义相对论的基本假设§4-3狭义相对论的时空观§53§4-1伽利略变换和牛顿绝对时空观§4-1伽利略变换和牛顿绝对时空观54一、伽利略变换1.事件与参照系一、伽利略变换1.事件与参照系552、伽利略变换正变换逆变换坐标变换2、伽利略变换正变换逆变换坐标变换56速度变换正变换逆变换速度变换正变换逆变换57二、牛顿的绝对时空观二、牛顿的绝对时空观58绝对时空观：

时间：是一种自然的流逝。“绝对的真实的数学时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与外界事物无关。”空间：是一种物质运动的场所。“绝对的空间就其本质而言与外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。”绝对时空观：59§4-2狭义相对论的基本假设§4-2狭义相对论的基本假设60一、光的速度与迈克尔逊—莫雷实验问题：c是相对于哪一个参照系的速度？1、光的速度2、以太说与迈克尔逊—莫雷实验以太说：

宇宙中弥漫着一种无所不在的媒质，万物（包括光）相对于该媒质运动。以太实际上被认为是一种绝对空间。若以太存在，对地球上的观察者来，不同方向的光速应不同。一、光的速度与迈克尔逊—莫雷实验问题：c是相对于哪一个参61迈克尔逊—莫雷实验：实验结果是否定的！“我的实验竟然对相对论这个怪物的诞生起了作用，我对此感到十分遗憾。”迈克尔逊—莫雷实验：实验结果是否定的！“我的实验竟然对相621、狭义相对性原理：2、光速不变原理：二、狭义相对论的基本假设一切物理定律在所有的惯性系中具有相同的数学形式。在所有的惯性系中,真空中的光速恒为c，与光源或观察者的运动无关。伽里略变换与光速不变性假设不相符。狭义相对论的基本假设否定了绝对空间的存在。1、狭义相对性原理：2、光速不变原理：二、狭义相对论的基本假63§4-3狭义相对论的时空观§4-3狭义相对论的时空观64一、“同时”的相对性2l02l一、“同时”的相对性2l02l65结论：

在一个参照系中测得同时发生的两个事件，在另一个参照系中测得未必同时发生，相对论中同时只有相对的意义。结论：66二、时间量度的相对性ll二、时间量度的相对性ll67高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件68三、长度量度的相对性l0l三、长度量度的相对性l0l69高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件70§4-3洛仑兹变换§4-3洛仑兹变换71一、坐标变换坐标原点重合。一、坐标变换坐标原点重合。72高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件73洛伦兹变换反映了相对论的时空观S系：不同地点但同时的两个事件在另一系中不同时。同一地点、同时的两个事件在另一系中也同时。同地点但不同时的两个事件在另一系中不同时。系：洛伦兹变换反映了相对论的时空观S系：不同地点但同时的两个事74洛伦兹坐标变换的推论：洛伦兹坐标变换的推论：75二、速度变换洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。二、速度变换洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。76例4-1父与子：

例4-1父与子：77高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件78例4-2尽快获知有无外星人的“好办法”：某外星M离地球2万光年（即光从地球传播到该外星需2万年时间），某宇航员以速度u从地球出发驶向该外星。假设宇航员估计自己还能活100年，问：该宇航员是否可能在有生之年抵达外星？若可能，其速度u至少为多大？

例4-2尽快获知有无外星人的“好办法”：某外星M离地球2万79高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件80例4-3谁先动手：例4-3谁先动手：81解：解：82

§4-5相对论的动力学问题§4-5相对论的动力学问题83一．经典动力学及其局限性

一．经典动力学及其局限性84高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件85高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件862．相对论的质量与动量1.相对论的质量：2.相对论的动量：2．相对论的质量与动量1.相对论的质量：2.相对论的动量87推导过程：推导过程：88高中奥林匹克竞赛专题相对论原理与分析实例课件89三.相对论