高二物理竞赛相对论速度变换课件

第四章相对论基础§4-4相对论速度变换≈30万公里/秒光线从地球到月球仅需约1.255秒阳光要花费大约8分19秒才能到达地球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“我没有什么特别的才能，不过喜欢穷根究底地追究问题罢了。”“我不过是保持了自然界表示“诧异”的能力。当大多数物理学家沿着牛顿的道路继续前进时，我却试图走另外的路。”3岁才开始说话，上学时回答问题要思考半天，校长甚至对爱因斯坦的父亲说：您的孩子无前途可谈。中年以后，爱因斯坦在给朋友的信中曾写道：“为什么是我，而不是他人发现了相对论？我想可能是由于我童年时代是一个智力迟钝的小孩。一般人对时间和空间的认识大都在童年时代完成，而我发育较迟，到了成年才开始考虑时间与空间的问题。成年人思考孩童时的问题当然要更深一些，更成熟一些。”3伽利略速度变换定理基本坐标系：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：速度变换定理：加速度变换：绝对速度相对速度牵连速度在牛顿力学中力

和质量

都与参考系的选择无关，而在不同惯性系中加速度

又相同，所以在不同惯性系中

的形式不变。可见，伽利略变换和力学相对性原理是一致的。绝对时空观=〉相对性原理若为常量。4速度变换S系中：S'系中：5速度变换1、若u<<c，则洛仑兹速度变换过渡到伽里略速度变换：

2、不可能通过参考系变换达到超光速！当

时，

，

这与光速不变原理一致；当

时，

，

即通过参考系变换不可能实现等于或超过光速。

3、加速度变换a'≠a。牛顿第二定律对洛仑兹变换不能保持形式不变。6速度逆变换正变换逆变换例题4-27

yyxxb

a

0.9c0.9cK系K'系如用伽利略速度变换进行计算，结果为：解：K系：在飞船b上,

地面对K参考系以

v=0.9c的速度运动。K'系：地面，飞船a相对于K'系的速度u'x=0.9c则飞船a对K系的速度：例题4-2：能否超光速？8在地面上测到有两个飞船a、b分别以+0.9c和-0.9c的速度沿相反的方向飞行。求飞船a相对于飞船b的速度有多大？但，就一个物体来讲，它对任何其他物体或参考系，

其速度的大小是不能大于c的！讨论：相对于地面来说，两飞船的“相对速度”确是等于1.8c。即地面上的观察者测量，两飞船的距离是按2*0.9c的速率增加的?!yyxxb

a

0.9c0.9cK系K'系时间和空间可以合二为一变成一个整体：时空从地球触发，经过8分多钟可以到达太阳，10万年后能穿越我们所在的银河系，超过200万年后可到仙女座星系——我们在宇宙中最近的邻居。当然这是从地球的视角来看的。如果我们乘坐以99.99999999%光速行使的飞船，我们就能在短短50年的时间里冲出银河系，到达仙女星座系。爱因斯坦：时间和空间的真面目并不是它们表面看上去的那样！如果我们能超光速地移动，那么人造时间机器就能回到历史上的任意时刻。9

10追赶汽车的人感觉汽车的速度比实际速度慢，甚至会感觉汽车停了下来。

K

光是电磁波，以光速前进11电磁波：由同相振荡且互相垂直的电场与磁场，在空间中以波的形式传递能量和动量，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。载体为光子，不需要依靠介质传播。麦克斯韦方程组的积分形式

根据电磁波方程可以推导出电磁波速度公式：12

在波动方程中，即使从一条与波做相同运动的线上看，波的运动也没有任何变化。波的速度由振动决定，不管如何观察都不会有变化。光是振动传播的，而且其振动不因观察角度的变化而变化，所以无论以何种速度观察，光速都是一定的、恒定的。即，不管是静止或与光一起跑，光本身的振动都没有变化。教材P148

光的速度与光源的速度没有关系1955年，苏联的天文学家利用旋转的太阳两侧的光做实验：太阳旋转时，它的一侧永远向着我们转，而另一侧则永远背对着我们转。证实从太阳两侧射向地球的光速是相等的。地球以每秒30公里的速度围绕

太阳旋转，太阳以每秒250公里

的速度带着我们围绕银河系中

心旋转，每年行程79亿公里，

而银河系又以每秒600公里的

速度带着太阳系向长蛇星座奔

去，每年行程190亿公里。

我们人类每时每刻都在走向

一个完全陌生的宇宙空间。13速度相加？

14A

究竟是哪个钟变慢了？甲乙相对运动，甲看乙钟变慢了；运动是相对的，乙看甲钟也慢了？15AABB

白钟都是可以对准的，而黄色钟却无法对准！

甲看乙钟甲乙地球上看飞船的钟变慢了。究竟是哪个钟变慢了？甲乙相对运动，甲看乙钟变慢了；

运动是相对的，乙看甲钟也慢了？16甲乙ABAB

白钟都是可以对准的，而黄色钟却无法对准！

乙看甲钟飞船上看地球的钟变慢了。到底是谁变老了？甲乙相对运动，甲看乙钟变慢了，回来时乙更年轻；