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大学物理教程讲义第十章狭义相对论基础ppt课件

如图10.1所示，设两个惯性参考系S和S′，在这两个惯性系中分别建立直角坐标系，取它们的坐标轴对应平行，然后在两个参考系中分别放置一钟表用来计时。则在参考系S中的空间和时间坐标为x,y,z,t，在参考系 S′中的空间和时间坐标为 x′,y′,z′,t′，我们将时空坐标称为事件，即在某一时刻发生在某一点的事件。
12
10.2 爱因斯坦的两个基本假设洛伦兹变换
2.光速不变原理
在所有惯性系中，真空中的光速具有相同的量值。也就是说，真空中的光速与光源和观测者的运动状态无关。光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔
。也就是说，在自然界中任意物质的传播速度（或相互作用的传播速度）是不能超过光速的。
6
10.1 伽利略相对性原理牛顿力学时空观
3.空间间隔的测量是绝对的
7
10.2 爱因斯坦的两个基本假设洛伦兹变换
10.2.1 狭义相对论的理论与实验基础
1.麦克斯韦方程组与伽利略变换的不相容
19世纪末，麦克斯韦系统总结了前人在电磁学方面的成就，并加以发展，得出了麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在，并且认为光就是电磁波，从而用统一的方法描述了电、磁和光的现象。于是人们就可以利用这些电磁学和光学现象来确定飞船的速度。爱因斯坦放弃了伽利略变换和以太的概念，在洛伦兹变换和光速不变的基础上提出了狭义相对论。
8
10.2 爱因斯坦的两个基本假设洛伦兹变换
2.
是为了测量地球在以太中的速度而做的一个实验，是在1887年由迈克尔逊与莫雷合作，在美国的克利夫兰进行的。实验装置如图10.2所示。
图10.2
9
10.2 爱因斯坦的两个基本假设洛伦兹变换

相对论ppt课件

星体
宇宙中很可能存在黑洞，它
不辐射电磁波，因此无法直接观测，但是它的巨大质量和极小的体积使其附近产生极强的引力场，引力透镜是探索黑洞的途径之一．
无
法
黑
星体
观
洞
测
32
时间间隔与引力场有关
引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别．
对于高速转动的圆盘，除了转动轴的位置外，各点都在做加速运动，越是靠近边缘，加速度越大，方向指向盘心．
3、时间和空间相互独立、互不相关。
4
相对论简黑介体辐两射朵乌云
光速问
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不题断深入，
人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电
磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁
场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了
相对论的出现．
量子力学
相对论
相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规
15
狭义相对论的其他三个结论下面，我们学习狭义相对论的三个重要结论…
相对论的速度叠加公式相对论质量质能方程
16
相对论的速度叠加公式
v
u
车外的人看到车上人
相对地面的速度为：
u v
u

1
uv c2
17
相对论质量
物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质量是否随着速度而变化？
严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：
地面上看到：越是靠近边缘，速度越大．根据狭义相对论，靠近边缘部位的时间进程较慢．
圆盘上的人认为：盘上存在引力场，方向由盘心指向边缘，引力势较低，得出：引力势较低的位置，时间进程比较慢． 33

相对论简介课件PPT

时间膨胀是由于观察同一个物理过程的参照系之间时间测量标准不同所导致的，与光速不变原理密切相关。
时间膨胀现象
当观察同一个物理过程的参照系之间相对运动时，时间会变慢，即时间膨胀现象。
长度收缩现象及解释
长度收缩定义
长度收缩是指观察同一个物体的长度在运动的参照系中会比静止
的参照系中更短。
长度收缩现象
03 广义相对论主要内容
等效原理及其意义
01
02
03
等效原理的表述
在局部范围内，加速系中的物理规律与均匀引力场中的物理规律完全相同。
等效原理的意义
揭示了引力与加速系中惯性力之间的等效性，为广义相对论的建立奠定了基础。
实验验证
通过自由落体实验、扭秤实验等验证了等效原理的正确性。
时空弯曲概念与模型
04 相对论在物理学领域应用
粒子物理学中相对论效应
粒子速度接近光速时，时间膨胀和质量增加的现象变得显著。
相对论提供了描述高速粒子行为的数学框架，如狄拉克方程等。
在粒子加速器和高能物理实验中，必须考虑相对论效应对粒子轨迹
和能量的影响。
天文学中恒星演化模型
相对论对于理解恒星内部结构和演化过程至关重要。
发展新的相对论应用领域
相对论在航空航天、全球定位系统等领域的应用已经取得了显著成效，未来有望在更多领域发掘相对论的应用潜力。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
原子钟精确计时原理
利用原子能级跃迁时释放的精确频率作为计时标准，同时考虑相对论效应对原子钟计时精度的影响，确保原子钟的长期稳定性和准确性。
原子钟的应用
广泛应用于航空航天、通信、导航等领域，提高了时间计量的准确性和精度。

最好的大学物理课件_相对论质量和动量运动方程讲解

大学物理
第一节相对论质量和动量运动方程
一、相对论质量和动量
P＝mv
m m0
静止粒子质量
m0
1
v2 c2
运动粒子质量
m
m ——相对论性质量
v 为粒子相对某一参照系的速率。
质-速关系图：
m m0
4
物体的质量与其运动状态
有关, m(v)是物体的运动质量， 3
m0 是物体的静止质量；
2
大学物理
光速是物体运动的极限速度。
L
大学物理
相对论动能 A
A
dFm dvr
d
r
v
d dt mv
=
E k 从物体静止开始
Ek
m c2 d m
m0
mc 2 m0c 2
Ek E E0
c2 dm
v v2
dmv
d m mv
d
v
v2 d m mc2vdvv2 d m
c2 dm
m
m0
1 v2
c2
m2 c2 v2 m2c2
是否满足动量守恒和能量守恒的条件。
【解】
设复合粒子质量为M
速度为
V
v m0
由动量守恒和能量守恒（或质量守恒）有
mv mv MV V 0 碰撞前后总能量守恒： 2m c2 Mc2
碰撞过程中损失的能量转换成复合粒子的静质量——静能增
加
M 2m
2m0 1 v2 / c2
M0
> 2m0
大学物理
E m c2
质量是能量的一种量度
E m c2
质量与能量可以相互转化
对于孤立系统，单独的质量守恒不再成立，代之以广义的能量守恒。

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 )
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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。
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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《狭义相对论基础》PPT课件

第10章狭义相对论基础 10章
将整个装置转90° 此时,两光线正好互换, 将整个装置转 °,此时,两光线正好互换,所需时间差: 2
Lu t′ = t1 t2 ≈ 3 c 2 Lu 光程差: δ ′ = c t′ ≈ c2 2 2Lu 转动前后总的光程差: 转动前后总的光程差: δ = δ δ ′ ≈ 2Lu 0 2 c 2Lu2 转动前后条纹移动数: 转动前后条纹移动数: N = δ0 / λ ≈ λc2
逆变换
u2 1 2 c y = y′ z = z′
x=
u t′ + 2 x′ c t= u2 1 2 c
哈尔滨工程大学理学院
伽利略变换洛仑兹变换
第10章狭义相对论基础 10章
2
ct2 2 ut2 2 2 即( : ) = L +( ) 2 2
2L c u
2 2
∴ t2 =
2L u2 1 = ( 2) 2 1 c c
Lu2 两光线的时间差: 两光线的时间差: t = t t ≈ 1 2 c3 Lu2 光程差: 光程差: δ = c t ≈ c2
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伽利略变换洛仑兹变换
伽利略变换洛仑兹变换
第10章狭义相对论基础 10章
第10章狭义相对论基础 10章
爱因斯坦( 爱因斯坦(Albert Einstein, , 1879—1955), 世纪最伟大的物理 ),20世纪最伟大的物理 — ), 学家,先后于1905年和年和1915年创立了学家,先后于年和年创立了狭义相对论和广义相对论.他于1905 狭义相对论和广义相对论.他于年提出了光量子假设,为此于1921年年提出了光量子假设,为此于年获得诺贝尔物理学奖. 获得诺贝尔物理学奖.他还在量子理论方面具有很多重要的贡献. 论方面具有很多重要的贡献. 爱因斯坦的哲学观念: 爱因斯坦的哲学观念:自然界应当是和谐而简单的. 然界应当是和谐而简单的. 理论特色: 理论特色:出于简单而归于深奥. 于深奥.

大学物理-狭义相对论-相对论性动量和能量

我国于 1958 年建成的首座重水反应堆
我国已建成的岭澳核电站
我国在建的单机容量最大的田湾核电站
原子弹核裂变
2 轻核聚变
氘核氦核质量亏损
释放能量
轻核聚变条件温度要达到
有
的动能，足以克服两
力.
时，使具之间的库仑排斥
1967年6 月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功
五动量与能量的关系
而
，所以光速 C 为物体的极限速度 .
当
时
相对论动量守恒定律
当
时
常矢量
若
，则相对论动量守恒经典动量守恒 .
常矢量
三质量与能量的关系
相对论质能关系
静能
：物体静止时所具有的能量 .
质能关系预言：物质的质量就是能量的一种储藏 .
爱因斯坦认为（1905）
懒惰性
惯性 ( inertia )
活泼性
物理意义
惯性质量的增加和能量的增加相联系，质量的大小应标志着能量的大小，这是相对论的又一极其重要的推论 .
相对论的质能关系为开创原子能时代提供了理论基础 , 这是一个具有划时代的意义的理论公式 .
质能关系预言：物质的质量就是能量的一种储藏.
例：
现有 100 座楼，每楼 200 套房，每套房用电功率
能量 ( energy )
物体的懒惰性就是物体活泼性的度量 .
相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律.
一些微观粒子和轻核的静能量
粒子
符号
光子
电子（或正电子） e（或 +e
质子
）p
中子
n
氘
氚
氦（粒子）
静能量 MeV 0 0.510

大学物理狭义相对论基础全部内容ppt课件

c29979214 .25m 8s-1
.
33
▲ 揭示出真空的对称性质：对于光的传播而言，真空各向同性，所有惯性系彼此等价。
▲ c 是自然界的极限速率
1962年贝托齐实验
贝托齐实验结果
速率极限：指能量和信息传播速率的极限。
.
34
二.洛仑兹变换
1.坐标变换
S系P x,y,z,t 寻找对同一客观事件 P，
行星的自转或公转；单摆；晶体振动；分子、原子能级跃迁辐射……
国际单位：“秒”
与铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射周期的9192631700倍（精确度 1012~1013）
校钟操作：
O
A
B
l
l
.
14
由此在一个惯性系中的不同地点建立统一的时间坐标：
y
对不同惯性系
伽利略变换中我们默认了
S系 P x ,y ,z,t
两个惯性系中相应的坐标值之间的关系。
S系
y
o z

S 系
y
up
o z
当 tt时0 ，
由 o( o发出)光信号，
x 光信号到达 P ：
x
S: P(x, y,z,t)
S: P(x, y,z,t)
.
35
S y S y′
u • P (x, y, z,t)
在 S, S中，
r
r P(x,y,z,t) 真空中光速均为 c
以分子运动为基础的微观理论(统计物理学)
.
4
物理学家感到自豪而满足，两个事例：
在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。也就是在测量数据的小数点后面添加几位有效数字而已。

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解：
l l0
1
u2 c2
＝ 101－（ 3103/3108)2 9.999999m9995
.
6-3 狭义相对论的时空观
讨论
例3：一根直杆在S系中，其静止长度为l，与x轴的夹角为。试求：
在S'系中的长度和它与x’轴的夹角。两惯性系相对运动速度为u。
解： l l0 1u2 c2
S u
S
xx 1u2 c2lcos 1u2 c2
用洛仑兹变换式导出
t 2
t2
u c2
x2
1 u2 c2
t1
t1
u c2
x1
1 u2 c2
t
t2
t1
t
u c2
1u2
x
c2
若x0 已知 t0
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。
.
6-3 狭义相对论的时空观
例1：在惯性系S中，观察到两个事件同时发生在x轴上，其间距是1m，而在S'系中观察这两事件之间的距离是2m。试求：S' 系中这两事件的时间间隔。
vx
1
u2 c2
.
vz
vz
1
u c2
vx
1
u2 c2
前节回顾
四、洛仑兹速度变换一维洛仑兹速度变换式
v x
vu
1
vu c2
vxv, vy0, vz0 vy 0
vz 0
v u
vx
v u
1 c2
vxv, vy0, vz0 v y 0
. vz 0
6-3 狭义相对论的时空观
一、同时的相对性
t 0
S x1 ,t1
x2,t2
l0 x2x1
1u2 c2 —洛仑兹收缩. 因子
6二.长度的相对性 1、相对效应
S S
l l0 1u2 c2
在S中的
观察者
o
l0
B
oA
在S'中的
观察者
S S u o L
(a )
S
uS o
l0
l0
B
oA
L
B
oA
.
6-3 狭义相对论的时空观
讨论
二.长度的相对性
2、纵向效应
l l0 1u2 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 1u2 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？
yy
逆变换 SS
x x u t
yy
z z
t
(t
u c2
x)
z z
t
(t
u c2
x)
1
1 2
.
1
1
u2 c2
前节回顾
三、洛仑兹速度变换正变换
v x
vx u
1
u c2
vx
vy
vy
1
u c2
vx
1
u2 c2
vz
vz
1
u c2
vx
1
u2 c2
逆变换
vx
vx u
1
u c2
v x
vy
vy
1
u c2
解：S系中t=0，x=1m
x
x x
1u2 c2
t
uc 1(xx)2
.
x ut
1 u2 c2
t
u c2
x
1 u2 c2
6-3 狭义相对论的时空观
例1：在惯性系S中，观察到两个事件同时发生在x轴上，其间
距是1m，而在S'系中观察这两事件之间的距离是2m。试求：S'
系中这两事件的时间间隔。
解：S系中t=0，x=1m
固有一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标
时间准时钟测量到的时间（原时）。用表示。
观测时间
一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标
准时钟测量到的时间（两地时）。用t 表示。
.
6-3 狭义相对论的时空观
S
S
u
弟a. 弟e f
. x
x
0
x
花开事件：(x,t1) S系x处发生两个事花件谢事件：(x, t2 )
第三章
相对论
（第二讲）
.
前节回顾
一、狭义相对论的两条基本原理
1.相对性原理
所有物理规律在一切惯性系中都具有形式相同。（所有惯性系都是平权的，在它们之中所有物理规律都一样。）
2.光速不变原理在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c
，与光源的运动状态无关。
.
前节回顾
二、洛仑兹变换
正变换 SS
xxut
x
t
t ux c2
1u2 c2
u c2
x
x 1(xx)2
t
c
x ut
1 u2 c2
t
u c2
x
1 u2 c2
5.77 1 09s
.
uc 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
tt2 t1 （寿命）
在S系中观察者测量花的.寿命是多少？
6-3 狭义相对论的时空观
考察 S 中的一只钟
x0
两事件发生在同一地点
事件1
S 系
(x1,t1)
事件2 (x2,t2 )
两事件同时发生
t1 t2 tt2 t1 0
.
S系
(x1, t1) (x2, t2 )
？ t t2t1
6-3 狭义相对论的时空观
一、同时的相对性以爱因斯坦火车为例
S' Einstein train S 地面参考系
S S
u A M B
实验装置在火车上 A、B 分别放置信号接收器
（也称静长或固有长度）。
棒静止在S'系中
l
是
0
静
长
S系测得棒的长度值是什么呢？
动长（测量长度） .
6-3 狭义相对论的时空观
二.长度的相对性
运动的棒变短
事件1：测棒的左端
S S
u
事件2：测棒的右端由洛仑兹变换
x xut
1u2 c2
l l0 1u2 c2
运动的棒变短
l0
S x1,t1
x2,t2
l x2x1
事件1、事件2 同时发生.
t0
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
S系中的观察者又如何看呢？ S S
事件1 A 接收到闪光
事件2 B 接收到闪光
u A M B
M 处闪光光速也为 c
A B 随 S 运动
A 迎着光
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
中点 M 放置光信号发生器
tt0 M 发. 一光信号
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
tt0 M发一光信号
事件1 A 接收到闪光
事件2 B 接收到闪光
研究的问题
S S
u A M B
两事件发生的时间间隔
S : t?
S : t?
S c M 发出的闪光光速为
AMBM A B 同时接收到光信号
o
yylsin
o
l(x )2 (y )2 l(1 co 2 u c s2 2)12
方向 arctanlsin lcos1. u2 c2
6-3 狭义相对论的时空观
三、时间间隔的相对性
运动的钟变慢
在某系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔(同一只钟测量)，与另一系中，在两个地点的这两个事件的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。