狭义相对论基础简课件

内容提要内容提要1一、狭义相对论的基本假设三、狭义相对论时空观二、洛仑兹变换四、相对论的动力学问题一、狭义相对论的基本假设三、狭义相对论时空观二、洛仑兹变换四2一、狭义相对论的基本假设一、狭义相对论的基本假设32.相对性原理：1.光速不变假设一切物理定律在所有的惯性系中都等效。——物理定律的数学表达式在所有的惯性系中具有相同的形式。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。2.相对性原理：1.光速不变假设一切物理定律4狭义相对论基础简课件5二、洛仑兹变换二、洛仑兹变换61.事件与参照系1.1事件：有明确的地点与时间的一件事：P(x,y,z,t)

1.2参照系：不同参照系对同一事件发生的地点和时间的测量结果一般不同。例：Pi(xi,yi,zi,ti)物体的运动可视为一系列事件的集合。1.事件与参照系1.1事件：有明确的地点与时间的一件事：P72.洛伦兹变换y

yutxuPz

zOO

SS

x

2.1.洛伦兹坐标变换2.洛伦兹变换yyutxuPzzOOSSx2.1.82.2洛伦兹速度变换

洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。2.2洛伦兹速度变换

洛伦兹速度变换满足光速不变性的假9三、狭义相对论的时空观三、狭义相对论的时空观10（3）运动的钟变慢：1.时间间隔的相对性（1）两个事件发生的时间间隔与参照系有关。（2）若参照系S

测得某两个事件发生在同一地点，时间间隔为

t

，则参照系S测得这两个事件发生的时间间隔为：（3）运动的钟变慢：1.时间间隔的相对性（1）两个事件发生的112.空间间隔的相对性（1）两个事件发生的空间间隔与参照系有关。（2）若参照系S

测得某两个事件同时发生，事件发生的空间间隔为

l，则参照系S测得这两个事件发生的空间间隔为：（3）运动的尺变短：

2.空间间隔的相对性（1）两个事件发生的空间间隔与参照系有关123.“同时”的相对性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。4.“先后”的相对性在一个参照系中测得先发生的事件，在另一个参照系中测得可能后发生，相对论中“先后”只有相对的意义。但如果两个事件存在因果关系，则其先后顺序不可能倒置。3.“同时”的相对性在一个参照系中测得同时发13狭义相对论基础简课件14四、相对论的动力学基础四、相对论的动力学基础151．经典动力学及其局限性1.1经典动力学基本方程1．经典动力学及其局限性1.1经典动力学基本方程16狭义相对论基础简课件171.2经典动力学的局限性：局限性：高速运动时不能适用，不满足相对性原理，即不满足洛仑兹变换下的不变性。

经典动力学的改造：2）重修定义相关物理量，物理定律不变。1）改造物理定律，物理量的定义不变；1.2经典动力学的局限性：局限性：高速运动时不能适用，不满182．相对论的质量与动量2.1相对论的质量2.2相对论的动量2．相对论的质量与动量2.1相对论的质量2.2相对论的动193.相对论的能量动能：

总能：静能：3.相对论的能量动能：总能：静能：20狭义相对论基础简课件21狭义相对论基础简课件224.相对论动量与能量的关系4.相对论动量与能量的关系235.相对论动力学基本方程5.相对论动力学基本方程24典型题解典型题解25狭义相对论基础简课件26解：

（1）

（2）

解：（1）（2）272.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？

2.尽快获知有无外星人的“好办法”：某外星M离地球2万光28解：

以地球为参照系。

运动的宇航员的寿命：

为使宇航员在有生之年抵达外星，必须能。

解：以地球为参照系。运动的宇航员的寿命：为使宇航员在有29以宇航员为参照系。

为使宇航员在有生之年抵达外星，必须外星M与地球间的距离：

以宇航员为参照系。为使宇航员在有生之年抵达外星，必须外星M303.谁先动手：

在一节长为100米的车厢里，A在车厢尾，B在车厢头。火车以0.6c的速度驶过一个站台时，站台上的人先看到A向B开枪，过了0.125微秒后，B向A开枪。问：在车上的乘客看来，是谁先开枪？两人开枪的时间差为多少？3.谁先动手：在一节长为100米的车厢里，A在车厢尾，B在31解：解：32

4.

在地面上测到有两个飞船分别以0.9c和-0.9c的速度向相反方向飞行。求此一飞船相对于另一飞船的速度多大？解：4.在地面上测到有两个飞船分别以0.9c和-0.9c的速335.

在太阳参考系中观察，一束星光垂直射向地面．速率为c，而地球以速率u垂直于光线运动。求在地面上测量，这束星光的速度的大小与方向各如何？y

yxuOO

SS

x

c5.在太阳参考系中观察，一束星光垂直射向地面．速率为c，而34y

yxuOO

SS

x

c解：yyxuOOSSxc解：35

6.在实验室中，有一个速度(5/13)c飞行的原子，沿着其运动方向以相对于原子为0.6c的速度射出一电子，问：（1）实验室中的观察者测得电子的速度为多少？（2）实验室中的观察者测