第3章 相对论基础

1、大学物理，1，电子教案，大学物理，大学物理，2，3章相对论基础，大学物理，3，3-1伽利略相对论经典力学时空概念3-2狭义相对论洛伦兹转换时空概念3-4狭义相对论力学基础，大学物理，4，大学物理，5，1)1905年(26岁)，相对论，光电子效应和布朗运动；2)1915年，广义相对论；主要贡献：为了说明万有引力现象而弯曲四维时空的概念发明，3)1917年冲击辐射理论，1921年诺贝尔物理学奖，错误：1)宇宙学常数，2)量子力学反对，大学物理，6，大学物理，7，牛顿力学：所有惯性系统都建立了牛顿定律！第一，伽利略的相对性是一切互相进行一定直线运动的惯性系，描述机械运动的力学法则完全对等，没有比其他

2、惯性系更好的惯性系。力学定律在所有惯性系中是相同的形式。大学物理，8，2，伽利略变换，2.1伽利略坐标变换，2.2伽利略变换包含了时间和空间的概念，大学物理，9，3，经典力学，1 .时间绝对性，2。空间绝对性和长度不变性，由伽利略坐标变换，大学物理，10，绝对，实际，数学，随着时间本身的流逝，其性质均匀，与其他任何外部事物无关。牛顿，绝对空间本质上与任何外部世界无关，永远相同和浮动。牛顿，3。牛顿的绝对时间观实践了绝对时间观是错误的。大学物理，11，例3-1中，飞机从a向东飞至b，然后从b向西飞至a，飞机对空气保持恒定速度v，a和b之间的距离为l。试一试：在两种情况下，空气速度分别是东和北，飞

3、机来回飞行的时间。解决方案：将地面设定为绝对基准k，空气设定为运动基准k，(1)空气速度为东方时飞机从a到b向东飞行时的速度大小，从b到a向西飞行时的速度大小，是飞机往返所需的时间，大学物理，12，u=0时，因此，(2) 大学物理，14，1特殊相对论的基本原理，1.1电磁学和伽利略变换的矛盾，真空中的光速，以太网谜以太网：传播电磁波的弹性介质； 以太网参考帧：与参考系统选择无关，通过经典电磁理论连接到宇宙帧的绝对静止参考帧，伽利略变换：速度与参考系统选择有关。互相矛盾！谁对谁错？实验测试！对以太的相对，零结果，麦克森-莫雷实验，大学物理，15，1.2光速不超过定律，物体之间的相互作用通过光子、

4、引力子、胶子和介子、中间玻色子等场交换介质粒子实现。场的传播速度有上限；实验研究表明，场传播速度的限制是光速。大学物理，16，1.3爱因斯坦的两个基本假设，(1)相对论：物理定律在所有惯性参考系都有相同的数学表达式。是宣传伽利略的相对性原理，没有任何物理实验可以用来确定本参考系的运动速度。(2)光速不变的原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度等于c。是实验事实的直接表达，大学物理，17，(1)古典电子学的创始人-洛伦兹力；(2)洛伦兹变换促进相对论的建立。(3)教育者无数科学家是他的学生。h.a .罗伦茨(罗伦茨):531928，荷兰物理学家，数学家。第二，洛伦兹变换，主要贡献：大学物理，18

5、，公共设置：时间和空间均匀，对于其他惯性系统，时间和空间不相等，具有一定的线性关系。洛伦兹变换必须包含伽利略变换，根据相对论，有两个等价，大学物理，19，设定：诗，匹配；事件p的时空坐标如图所示。从o点沿x轴方向传输光源信号。其中，大学物理，20，消去x，大学物理，21，光速在所有惯性系中是相同的常数，用于将时间测量与距离测量联系起来。大学物理，22，3，相对论速度转换，大学物理，23，(2) k系统的坐标原点o在x方向发出光的信号，想象一下。在k系，观测者测量的光速在k系的观测者，光速不变。大学物理，24，解法：(1)甲的运动速度由u，洛伦兹转换，研究物理，25，(2)洛伦兹转换，大学物理，

6、26，大学物理，27，1，“同时”活动2:被车前墙接收器接收到光信号，大学物理，28，K同时，在K系，K系，相对意义，大学物理，29，运动的时钟慢，2，时间延迟，大学物理，30，系，在同一地点b发生两个事件。1)时间延迟是相对效果。2)时间的流逝不是绝对的，运动改变时间的过程。(例如新陈代谢、放射性衰变、寿命等。)，大学物理，32，3，长度收缩，标尺相对学科停止，k系测量(运动)，系测量(停止)，大学物理，33，当时。长度收缩固有长度(最大)，洛伦兹收缩移动物体：长度收缩是相对的效果，反之亦然。大学物理，34，例3-4宇宙飞船以u=9103ms-1的速度相对于地面匀速飞行。宇宙飞船的时钟走了5

7、s，用地面的时钟测量的时间是多长？解决方案：u=9103ms-1，t=5s，t=？t是用宇宙飞船的时钟测量的时间，所以是固有的时间。对于像Yu=9103 ms-1这样以大速度移动的宇宙飞船，时间延迟效果实际上很难测量。大学物理，35，例3-5正电的介子是不稳定的粒子。停止后，平均寿命为2.510-8s，用介子和中微子衰变。现在，以u=0.99c的速度检查的介子束产生，并测量到崩溃之前通过的平均距离为52米吗？解决方案：平均寿命t=2.510-8，s乘以速度u，L=0.9931082.510-8=7.4m，L52m与实验结果明显不一致。怎么了？大学物理，36，考虑到相对论的时间延迟效应，t是静止

8、介子的平均寿命，是唯一的时间。进行介子运动时，实验室测量的平均寿命应与，(运动时)实验室测量的平均距离L=ut=0.9931081.810-7一致，并与实验结果一致。事实上，现代高能粒子实验每天都在测试相对论，相对论每次都经受着这个考验。大学物理，37，1)两个事件从不同惯性的角度来看，它们的空间关系只有相对的，时间和时间联系在一起才有意义。2)时间和空间不是相互独立的，是不可分割的整体。3)光速c是建立不同惯性系之间时空转换的纽带。特殊相对论的时空观点，大学物理，38，大学物理，39，*基本定律不随洛伦兹变换而改变形式；*在低速下回到牛顿运动定律，高速运动时力学的概念怎么样？基本起点：想法：重新定义质量，动量，能量，以确保相对论力学中相应的守恒定律仍然成立。大学物理，40，1，相对论的质量，*1901年考夫曼得出了m随着比率的增加而增加的结论。*动量守恒定律作为所有惯性系统中的基本定律应用。P=mv，动量，状态量，合理性，质量的表示猜测形