大学物理相对论复习提纲 ppt课件
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大学物理第6章相对论精品PPT课件
经典力学
高速领域 微观领域
相对论 量子力学
今天来介绍相对论
第相十对八章论-教--学关基于本时要空求观及时空与物质关系的理论。 （所谓经典力学遇到障碍就是经典力学的 时空观出现了问题，相对论从根本上改变 了经典的时空观。） 相对论有狭义相对论广义相对论之分：
狭义相对论（special relativity） 关于惯性系时空观的理论；
对于任何惯性参照系 , 牛顿力学的规律都具有 相同的形式 . 这就是经典力学的相对性原理 .
第十八章 教学基本要求
伽利略变换
当 tt'0时
o 与 o'重合
位置坐标变换公式
x'x v t
y' y
z'z t't
s
y
y s'
y'
y'
v
P(x, y, z)
*
(x', y', z')
vt
x'
o
z z
o' z' z'
x'
x
z z'
第十八章 教学基本要求
试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达 到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换)
球 投
c
出
d
前
t1
d c
球 投
v cv
出 后
t2
c
d
v
t1 t2
结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.
第十八章 教学基本要求
900 多年前（公元1054年5月）一次著名的超新星 爆发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状 星云。北宋天文学家记载从公元 1054年 ~ 1056年均能 用肉眼观察, 特别是开始的 23 天, 白天也能看见 .
大学物理11相对论ppt
2020/1/3
12
4、经典的时空观
（1）时间间隔：
有两个事件 k 系： 闪
（两次闪光）k
'系：
光 1
t1 t1'
闪 光 2
t2 t t2 t1 t2 ' t' t2't1'
由伽利略变换：t
t'
t1 t1' t2 t2'
结论：
t t'
不同的惯性系中，时间及间隔相同，与参照系选取无关。
迈克耳逊—莫雷（Michelson—Morleg）实验
以伽利略变换为基础来观测地球上各个方上光速的 差异。由于地球自转，据伽利略变换，地球上各个方向 上光速是不同的，在随地球公转的干涉仪中应可观测到 条纹的移动。
迈克耳逊—莫雷实验没有观测到预期的条 纹移动，称为零结果，说明光速不变。
实验结果：没有测出以太速度，光速和麦氏理论一致
2020/1/3
2
人们对物理世界的解释已经达到了终点，宇宙 万物必然按照由精美的数学方程所表达的物理学定 律永远运动下去。
著名德国物理学家基尔霍夫曾表示：“物理学
将无所作为了，至多只能在已知规律的公式的小数
点后面加几个数字罢了。”
在刚刚跨入20世纪的第一天，英国著名的物理 学家开尔文在《元旦献词》中曾经说过：
Ryrjzk
r xi
x
uytji zykj
zk
O
yK
R uti
y K
u
r P
x
O
x
(1)伽利略坐标变换
z z
x x ut
y y
相对论基础讲义PPT共19页
在经典时空观基础上建立的时、空变换法则：
3. 伽利略变换
研究P点运动
y
y/
P(x , y , z , t ) 时空坐标
S系
S/系
(x/, y/, z/ , t /)
o z
z/
o/ x u x/
S/系相对于S系以速度 u沿x正向作匀速直线运动
t = t / =0时， o 、o/ 重合
今后讨论狭义相对论使用的条件
1
x 射线 19世纪末20世纪初，物理学三个重大发现： 电子
放射性 从此，人们对物质世界的认识进入了微观领域。
在微观领域中，实验事实和经典理论发生尖锐的矛盾， 经典理论在取得巨大成绩的面前遇到了不可逾越的障碍：黑 体辐射、迈克尔逊—莫雷实验等。
为解决这些困难，一批年轻物理学家：爱因斯坦、普朗 克、波尔、德布洛意等等，敢于冲破经典理论的束缚，提出 一套全新的理论，导致了近代物理的诞生。
1900年， 普朗克 提出——量子论 1905年，爱因斯坦提出——狭义相对论、广义相对论
2
相对论和量子论是近代物理的二大理论支柱，在此理论 的基础上，人们逐步抛弃改变旧的观点。近代物理的迅速发 展不仅在理论上获得极大成功，而且导致科学技术方面的重 大革命：
原子弹、氢弹的爆炸，核能的利用； 半导体器件、大规模集成电路、计算机日新月异的发展； 激光、光纤通讯……
对于力学的运动规律，一切惯性系都是等价的。
如：测量一长度，或一段时间
甲
尺
乙 甲、乙测尺长度 和石子落下时间
同一空间的大小 同一物理过程的时间
与惯性系无关（绝对时空观）
在不同惯性系中，对同一物理过程，规律一样，但看到 的结果不一样，因此要用一个变换。
2024版大学物理2相对论PPT课件
宇宙演化历程
从普朗克时期到暴胀时期，再到辐射主导时期和物质主导 时期，最后到暗能量主导时期的宇宙演化历程。
观测证据
通过观测宇宙微波背景辐射、轻元素丰度、大尺度结构等， 为大爆炸理论提供了有力支持。
2024/1/30
26
黑洞、虫洞等前沿领域研究进展报告
黑洞
介绍黑洞的基本概念、 性质、分类以及观测证 据，探讨黑洞在广义相 对论和量子理论中的研 究进展。
暗能量
发现宇宙加速膨胀的现象，提出暗能量假设以解释这一观测事实。 暗能量具有负压强，推动宇宙加速膨胀。
现代宇宙学问题
探讨暗物质、暗能量的性质、分布及其对宇宙演化的影响，是现代 宇宙学的重要课题。
25
大爆炸理论框架下宇宙演化历程回顾
大爆炸理论
提出宇宙起源于一个极热、极密的状态，经过膨胀、冷却、 物质形成等过程演化至今。
应用领域
物体的质量随其运动速度的增 加而增加。
2024/1/30
物体的能量和质量之间存在着 等价关系，即E=mc²。
通过理论推导和实验验证来探 讨质速关系和质能关系的正确 性。例如，介绍质能方程的推 导过程，以及核反应、粒子衰 变等实验现象对质能关系的验 证。
核能开发与利用、粒子加速器 设计等。
12
29
学生自我评价报告
01 02
学习成果
通过本次课程的学习，我掌握了狭义相对论的基本原理和洛伦兹变换的 方法，对质能关系有了更深入的理解。同时，我也学会了如何运用这些 知识解决一些实际问题。
学习方法
在学习过程中，我采用了多种学习方法，包括听讲、阅读教材、做练习 题、参加讨论课等。这些学习方法帮助我更好地理解和掌握了课程内容。
实验验证方法
3
从普朗克时期到暴胀时期，再到辐射主导时期和物质主导 时期，最后到暗能量主导时期的宇宙演化历程。
观测证据
通过观测宇宙微波背景辐射、轻元素丰度、大尺度结构等， 为大爆炸理论提供了有力支持。
2024/1/30
26
黑洞、虫洞等前沿领域研究进展报告
黑洞
介绍黑洞的基本概念、 性质、分类以及观测证 据，探讨黑洞在广义相 对论和量子理论中的研 究进展。
暗能量
发现宇宙加速膨胀的现象，提出暗能量假设以解释这一观测事实。 暗能量具有负压强，推动宇宙加速膨胀。
现代宇宙学问题
探讨暗物质、暗能量的性质、分布及其对宇宙演化的影响，是现代 宇宙学的重要课题。
25
大爆炸理论框架下宇宙演化历程回顾
大爆炸理论
提出宇宙起源于一个极热、极密的状态，经过膨胀、冷却、 物质形成等过程演化至今。
应用领域
物体的质量随其运动速度的增 加而增加。
2024/1/30
物体的能量和质量之间存在着 等价关系，即E=mc²。
通过理论推导和实验验证来探 讨质速关系和质能关系的正确 性。例如，介绍质能方程的推 导过程，以及核反应、粒子衰 变等实验现象对质能关系的验 证。
核能开发与利用、粒子加速器 设计等。
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29
学生自我评价报告
01 02
学习成果
通过本次课程的学习，我掌握了狭义相对论的基本原理和洛伦兹变换的 方法，对质能关系有了更深入的理解。同时，我也学会了如何运用这些 知识解决一些实际问题。
学习方法
在学习过程中，我采用了多种学习方法，包括听讲、阅读教材、做练习 题、参加讨论课等。这些学习方法帮助我更好地理解和掌握了课程内容。
实验验证方法
3
大学物理课件--相对论 ppt课件
▲电磁场的物质性与以太的否定。
2. 光速不变原理
在一切惯性系中，光在真空中沿各个方向传 播速度都是C，跟光源与观察者相对速度无关。
基点：电磁理论和迈克p尔pt课件逊实验结果
10
二、洛仑兹变换
前提：♠ 满足光速不变原理和狭义相对性原理
♠ 当u<<c时，换原为伽利略变换
表示：取如下线性变换
x' a11x a12t y' y z' z t ' a21 x a22t
x2 )
ppt课件
13
t2'
t1'
[(t2
t1 )
u c2
( x2
x1 )]
1o 若 x2 x1 t2 t1 则 t2' t1'
—— 在 S 系中同一地点同时发生两件事
，在 S´ 系中也是同时发生。
2o 若 x2 x1 t2 t1 则 t2' t1'
—— 称为同时的相对性
表述2：力学规律在所有惯性系中都是等价的，具 有相同形式。
二、伽利略变换
——相对性原理的数学表达式，是建立在经典时
空观基础上的不同参照系之间的时空变换关系。
ppt课件
3
S与S´关系如下：
x' x ut y' y z' z
x x ut
y y z z
y
y' u
S
S'
P(x, y,z,t)
P(x', y', z',t')
o
大学物理相对论复习提纲共43页
Байду номын сангаас
谢谢！
大学物理相对论复习提纲
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
大学物理相对论复习提纲
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
大学物理相对论ppt课件
比 B早接收到光
事件1、事件2 不同时发生
事件1先发生 t 0
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
用洛仑兹变换式导出
t2
t2
u c2
x2
1 u2 c2
t1
t1
u c2
x1
1 u2 c2
t
t2
t1
t
u c2
1 u2
x
c2
若x 0 已知 t 0
t
u c2
x
0
同时性的相对性
在一个惯性系的不同地点同时发生的两个事件，在另一 个惯性系是不同时的。
2、 纵向效应
l l0 1 u2 c2
在两参考系内测量的纵向（与运动方向垂直）
的长度是一样的。
3、在低速下 伽利略变换
l l0 1 u2 c2
u c l l0
6-3 狭义相对论的时空观
例2、原长为10m的飞船以u＝3×103m/s的速率相对于地
面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？
t
t
u c2
x
1 u2 c2
c
5.77 109 s
u c 1 ( x )2 x
6-3 狭义相对论的时空观
二.长度的相对性
运动的棒变短
长度测量的定义
对物体两端坐标的同时测量， 两端坐标之差就是物体长度。
S S
u
l0
原长 棒相对观察者静止时测得的它的长度
（也称静长或固有长度）。
棒静止在S'系中 l0是静长
u
隧
a火 车b
A
道
B
在地面参照系S中测量，火车长度要缩短。但隧道的B端 与火车b端相遇这一事件与隧道A端发生闪电的事件不是同时的， 而是B端先与b端相遇，而后A处发生闪电，当A端发生闪电时， 火车的a端已进入隧道内，所以闪电仍不能击中a端。
大学物理-第七讲-狭义相对论基本原理-相对论的时空观PPT课件
在地面参考系S上看,
-的寿命是两地时,记作△t
Δ t Δ t 2 106
x
1
u2 c2
1 0.9982
x
3.16 105 s
它比原时 2×10-6 s 约长16倍！
按此寿命计算,它在这段时间里，在地面系走的距离 为 u△t =2.994×108×3.16×10-5 = 9461 m
（所以能到地面，与实验一致）
我们记 （原时） △t ’= 2×10-6s
若没有时间延缓效应,它们从产生到衰变掉 的时间里，是根本不可能到达地面的实验室的：
因为，它走过的距离只有
u△t’=2.99×108×2×10-6 = 600 m！
但事实是, 介子到达了地面实验室！
这可用时间延缓效应来解释：
将运动参考系S’建立在 -上,
y y
z z
t t
v v - u a a
— 伽利略变换
牛不顿同力惯学 性中 系力 中和F质 量m都a 与的参形考式系不变的。选择无关，所以在
这表明伽利略变换和力学相对性原理是一致的 。 力学实验无法判定一个惯性系的运动状态
二、经典理论遇到的困难
19世纪下半叶，得到了电磁学的基本规律即麦克斯韦 电磁场方程组,不具有伽利略变换下形式不变的特点。
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
于是测得动长 l = x4 - x3 = u△t
△t = ？
△t = l /u
△t = l /u ----（1）
在S’系: 设这两个事件的时间间隔为 △t’。
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2 光速不变原理
真空中的光速是常量，沿各个方向都等于c ，与光源或 观测者的运动状态无关.
关键概念：相对性和不变性 .
(1) 狭义相对论相对性原理是牛顿力学相对性原理的发展； (2) 光速不变原理与伽利略变换是完全不相容的； (3) 否定了绝对时空观，伽利略变换和经典力学规律有待修正。
PPT课件
8
洛伦兹变换式
③ 伽利略变换是洛伦兹变换在惯性系间作低速相对运动的近似。
④ 当v>c时， 是虚数，无任何物理意义，故真空中的光速c是 一切物体运动速率的极限值。
PPT课件
11
2 洛伦兹速度变换式
正
ux
ux v
1
v c2
ux
变 换
uy
uy
1
v c2
u
x
uz
uz
1
PPT课件
1
大学物理（下册）
第十四章 相对论
本章内容：
14-1 14-2 14-3
14-4 14-6
伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 迈克耳孙-莫雷实验 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 狭义相对论的时空观 相对论性动量和能量
2014年11月
PPT课件
2
经典力学时空观-绝对性
• 空间是绝对的: 空间与运动无关,空间绝对静止.空 间的度量与惯性系无关,绝对不变．
PPT课件
3
1.伽利略坐标变换式
s' s y
y' S' 系相对于S系以匀速沿x轴运动
v
*P( x, y, z)
x' x vt
vt
o
xo'
x'
( x', y', z')
x'
x
z z'
y' y
z' z
t' t
t t 0 O和O´重合
上式可得，任意两点之间的距离和任意两事件之间 的时间间隔，两个参考系下测量值相等，这是显然的。
事件 2 (x2 , y2 , z2 ,t2 )
1
o o' 12
12
9
39
3
6
6
2
12 x'
x 9
3
6
Δt t2 t1
S' 系 (车厢参考系 )
y' v
事件 1 (x'1 , y'1 , z'1 ,t'1 ) 事件 2 (x'2 , y'2 , z'2 ,t'2 )
1
2
t ( t v x ) 洛伦兹变换
牛 顿 力学 麦克斯韦电磁场理论 热力学与经典统计物理
19 世 纪 后 期 ， 物 理 学 的 三 大理论体系使经典物理学已趋 于成熟。
两朵乌云
迈克耳孙—莫雷实验 黑体辐射实验
狭义相对论 量子物理
近代物理学两大支柱
强调 近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。 近代物理不是对经典理论的简单否定。
v c2
ux
逆
ux
ux
1
v c2
v ux
变 换
uy
uy
1
v c2
ux
uz
uz
1
v c2
ux
注 意 v c 时, 1
转换为伽利略变换式.PPT课件来自12 同时的相对性
S 系 ( 地面参考系 )
y y' v
事件 1 (x1, y1, z1,t1)
M1
sG
T
v
光相对于“以太”的速度为C 实验结果： 未观察到相对于“以太”的运动
结论：绝对参考系以太不存在。
迈克耳孙-莫雷实验测到以太漂 移速度为零, 被称为笼罩在19 世纪物理学上空的一朵乌云.
PPT课件
6
由经典电磁场理论可知，光在真空中的传播速 度c是一常量(高速运动)，与参考系的选择和传播 方向无关，不符合伽利略变换。
PPT课件
4
2.伽利略速度变换式
x' x vt 对时间求
一阶导数
y' y
z' z
ux ux v uy uy uz uz
u u v
3.伽利略加速度变换式
速度变换公式对时间求导
F
mam
m
F
ma
ax ax
ay ay az az
a a
不同惯性系 下，描写同 一质点的加 速度相同。
对所有的惯性系,牛顿运动定律具有相同的形式.
PPT课件
5
* 迈克耳孙-莫雷实验（寻找“以太”）
“光波的传播需要介质”----以太（特殊惯性系）。
设“以太”参考系为S系 “以太”参考系
实验室为 S'系
是绝对静止系
GM2 GM1 l
M2
x ( x vt )
正 变 换
y y
z z
t
(t
v c2
x)
x ( x vt )
逆 变
y y
换
z z
t
(t
v c2
x )
v c
1 1 2
注意
v c 时, v c 1
转换为伽利略变换式.
PPT课件
• 时间是绝对的: 时间均匀流逝,与物质运动无关,所 有惯性系有统一的时间.
• 同时是绝对的：时间间隔和空间间隔的测量值是绝 对的。
牛顿力学相对性原理：运动的描述是相对的，不同参 照系下运动的描述不同
注意
牛顿力学的相对性原理,在宏观、低速的范围 内,是与实验结果相一致的。但在高速运动情况下 则不适用.
——符合相对论理论的时空变换关系．
S' 系相对于S系以匀速沿x轴运动，观察两参照系
中同一事件的时空关系。
s y s' y'
v
vt
x'
o
xo'
z z'
*P( x, y, z)
( x', y', z')
x'
x
t t 0
O和O´重合
1. 坐标变换 2. 速度变换
PPT课件
9
1 洛伦兹坐标变换式
o' 12 93 6
12 x'
9
3
6
Δt
t2
c2
t1
(
Δt
v c2
Δx
)
PPT课件
13
讨论 1
Δt t2 t1
S系
Δx 0 Δt 0
同时不同地
10
x ( x vt )
x ( x vt )
讨论
正 变 换
y y
z z
t
(t
v c2
x)
逆 变 换
y y
z z
t ( t v x )
c2
① 时、空坐标不再独立，而且都与物体的运动有关。
② 变换式是线性的，这是因为同一事件在两个参考系中的坐标 是一一对应的。
① 若伽利略速度变换正确，麦克斯韦方程组 则不符合力学相对性原理：不同参考系有 不同表达式，会导致特殊惯性系的存在。
② 若麦克斯韦方程组正确，则伽利略速度变 换（绝对时空观）不适用于电磁理论（高 速现象），有待于修正。
PPT课件
7
狭义相对论的基本原理
1 相对性原理
物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式.