高二物理竞赛洛伦兹变换课件

第四章相对论基础§4-3洛伦兹变换洛仑兹

(荷兰)(1853～1928)“在今天很多人提出了与昨天他们说的话完全相反的主张，我不知道科学是什么了，我怨恨自己不能在500年前死去.”

(1909年)

洛仑兹2目录第一章力和运动第二章运动的守恒量和守恒定律第三章刚体和流体的运动第四章相对论基础第五章气体动理论第六章热力学基础第七章静止电荷的电场第八章恒定电流的磁场第九章电磁感应电磁场理论§4-1经典力学的时空观伽利略相对性原理§4-2狭义相对论基本原理狭义相对论的时空观§4-3洛仑兹变换§4-4相对论速度变换§4-5狭义相对论动力学基础*§4-6

广义相对论简介既然光速不变原理意味着要抛弃伽里略变换，那么就要寻找适合光速不变原理的、新的时空变换关系。3伽利略坐标变换相对运动（relativemotion）在不同参考系中观察同一物体运动所给出的运动描述之间的关系问题。

基本坐标系：质点：P运动坐标系：在K系中：在K’系中：K’系相对于K系的速度：伽利略坐标变换：空间绝对性时间绝对性绝对时空观(匀速)4复习牛顿绝对时空观：长度和时间的测量与参考系无关.

伽利略坐标变换式：

伽利略速度变换式：

伽利略相对性原理：对于任何惯性参考系，牛顿定律都成立.狭义相对论假设

光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速率都相等.

爱因斯坦相对性原理：物理规律对所有的惯性系都是一样的.“同时”的相对性：时间的度量是相对的.

时间膨胀：(：运动时，：固有时)

长度收缩：

(：运动长度

：固有长度)5洛仑兹变换

6洛仑兹变换

7洛仑兹变换

8洛仑兹坐标变换当u<<c时，洛仑兹变换约化为

伽利略变换；若u≥c，x’无意义！两个物体之间的相对速度只能小于

c

。时间、空间的测量相互不能分离！时空坐标伽利略变换9洛仑兹坐标变换

10洛仑兹逆变换替换规则：例题4-111

解:

（1）设乙对甲的运动速度为v，由洛仑兹变换：可知乙所测得的这两个事件的时间间隔是：例题4-112解:

（2）由洛仑兹变换：可知乙所测得的这两个事件的空间间隔：

甲测得空间间隔：13向东？向西？问题：空间间隔的测量是相对性吗？百米赛跑，运动员向东跑，用时10秒，另一车厢以20米/秒速度同时同向运行，则从车厢内测得运动员跑过的距离：由伽利略变换有相同的结论。先？后？14B先出生!次序可颠倒？解：地面—S系，北京为原点；飞船—S'系

北京和上海直线距离1000km，地面上的时钟指出，A于t1时刻在北京出生，稍后t2时刻B在上海出生(t2-t1=0.002s)。若飞船以速度u=0.9c沿北京到上海的方向飞行，从飞船上看谁先出生?AB北京上海先？后？(续)15

二者符号相同!次序不能颠倒?解：地面—S系，北京为原点；飞船—S'系

AB北京上海16时序变换

与因果律问题：时空测量的相对性是否会改变因果律呢？设P1

、P2

为两个事件，它们在S系和S‘系中的时空坐标分别为：由洛仑兹变换有：若

P1

为因，P2

是果，则

是联系两者的“信号”速度(作用速度)，故又。两事件在两个参考系中因果关系不变.

但由于P1

，P2

无因果关系，故时序颠倒也不违背因果律。

相对性、绝对性在相对论时空中运动的描述、时空的量度都是相对的。但是，事件的因果关系却不会因为参考系的选择而发生变化，即时空次序不会颠倒。

这体现了物质运动和时空的绝对性一面。17“上帝可能很狡黠，但他不心怀恶意。”我不相信上帝在玩骰子。jiǎoxiá

tóu例题18北京和上海直线距离1000km，在某一时刻从两地同时开出一辆火车。现有一艘飞船从北京到上海的方向在高空掠过，

速率为9km/s。求宇航员测得的开车时间间隔，那一列先开?S'系宇航员测得上海先发车。解：地面—S系，北京为原点；飞船—S'系

0106==tmxDDAB北京上海狭义相对论的时空观vs经典力学时空观伽利略变换：经典力学中关于不同惯性系之间物理事件的时空坐标变换的关系式。在伽利略变换关系中，长度和时间都是绝对量，反映的是经典力学的绝对时空观。绝对时空观的观点是时间、空间是彼此