8-1 相对论1_洛仑兹变换
洛伦兹变换的详细推导6
第三节 洛伦兹变换式 教学内容： 1. 洛伦兹变换式的推导； 2. 狭义相对论的时空观：同时性的相对性、长度的收缩和时间的延缓； 重点难点： 狭义相对论时空观的主要结论。 基本要求： 1. 了解洛伦兹坐标变换和速度变换的推导； 2. 了解狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间延缓概念； 3. 理解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及两者的差异。 三、洛伦兹坐标变换的推导 ()()????? ??? ???--='='='--=' 222 11c v c vx t t z z y y c v vt x x 或 ()()? ???? ??? ?? ? -'+'='='=-'+'=2 22 11c v c x v t t z z y y c v t v x x 据狭义相对论的两个基本假设来推导洛仑兹变换式。 1. 时空坐标间的变换关系 作为一条公设，我们认为时间和空间都是均匀的，因此时空坐标间的变换必须是线性的。 对于任意事件P 在S 系和S '系中的时空坐标(x ，y ，z ，t )、(x '，y '，z '，t ')，因S ' 相对于S 以平行于 x 轴的速度v 作匀速运动，显然有y '=y , z '=z 。 在S 系中观察S 系的原点，x =0；在S '系中观察该点， x '=-v t '，即x '+v t '=0。因此x =x '+v t '。 在任意的一个空间点上，可以设：x =k （x '+v t '），k 是—比例常数。 同样地可得到：x '=k '（x -v t ）= k '（x +(-v )t ） 根据相对性原理，惯性系S 系和S '系等价，上面两个等式的形式就应该相同（除正、负号），所以k =k '。
10.相对论坐标速度变换
H.Yin H.Yin 一、经典力学的时空观 ——牛顿力学的基础 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 惯性参考系之间的时空变换x Z X X Z §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换H.Yin 换z z u u ?′=?换z z u u ?′=?r r r Δ=Δ+Δ §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin (二) §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换H.Yin (三) 绝对时空观遇到挑战 1887年,美国物理学家迈克尔逊和莫雷为证明以太的存在一起设计了测量地球在以太中运动速度的实验 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换
H.Yin M 若地球相对以太以v 运动，则以太风从右边吹来。 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换H.Yin 1.在实验室v 以太风 21v c c ??? ? ? §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 2.在实验室S’系观察v 以太风 v ?22 c v ?u u u =+ §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换H.Yin 2l 2l 2211c c c c ????????? ?§4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 如果实验前提正确，应该观察到0.4条的条纹移（2）光在真空中的速度与发射体的运动状态无关 ——光速不变原理 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 讨论 力学规律二、洛仑兹变换-----时空坐标的变换 §4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换
H.Yin 1，时空坐标的测量测量某时某地发生闪电用静止尺子两个条件：满足相对性原理及光速不变原理； 质点速度远小于光速时，退化为伽利略变换H.Yin ''x vt +2 1c ?2 1v c ?§4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin H.Yin 令 1 v 的必然结果 2）时间(t ，t ’)与空间(x ,x ’)、速度(v )相关，非独立§4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 5）速度有极限 v v c ≤§4.1狭义相对论基本原理洛仑兹变换 H.Yin 甲乙两人所乘飞行器沿o x 轴作相对运动。甲测得221t t x c β′= ?? ??? ?例题4-1 H.Yin 可知, 乙所测得的这两个事件的时间间隔是 2 1c ?例题4-1解
狭义相对论推导详细计算过程
狭义相对论 狭义相对论基本原理： 1. 基本物理定律在所有惯性系中都保持相同形式的数学表达式，因此一切惯性系都是等价 的。 2. 在一切惯性系中，光在真空中的传播速率都等于c ，与光源的运动状态无关。 假设S 系和S ’系是两个相对作匀速运动的惯性坐标系，规定S ’系沿S 系的x 轴正方向以速度v 相对于S 系作匀速直线运动，x ’、y ’、z ’轴分别与x 、y 、z 轴平行，两惯性系原点重合时，原点处时钟都指示零点。 Ⅰ洛伦兹变换 现假设，x ’=k(x-vt)①，k 是比例系数，可保证变化是线性的，相应地，S ’系的坐标变换为S 系，有x=k(x ’+vt) ②，另有y ’=y ，z ’=z 。将①代入②： x=k[k(x-vt)+vt ’] x=k^2*(x-vt)+kvt ’ t ’=kt+(1-k^2)x/kv 两原点重合时，有t=t ’=0，此时在共同原点发射一光脉冲，在S 系，x=ct ，在S ’系，x ’=ct ’，将两式代入①和②： ct ’=k(c-v)t 得 ct ’=kct-kvt 即t ’=(kct-kvt)/c ct=k(c+v)t ’ 得 ct=kct ’+kvt ’ 两式联立消去t 和t ’ ct=k(kct-kvt)+kv(kct-kvt)/c ct=k^2ct-k^2vt+k^2vt-k^2v^2t/c c^2=k^2c^2-k^2v^2 k= 2 2 /11c v - 将k 代入各式即为洛伦兹变换： x ’=2 2 /1c v vt x -- y ’=y z ’=z t ’= 2 2 2/1/c v c vx t -- 或有 x=k(x ’+vt ’) x ’=k(x-vt) =k(1+v/c)x ’ =k(1-v/c)x 两式联立， x ’=k(1-v/c)k(1+v/c)x ’ k= 2 2 /11c v - Ⅱ同时的相对性
【精品试卷】教科版高中物理选修3-4第4节 相对论的速度变换定律 质量和能量的关系复习专用试卷
高中物理学习材料 （精心收集**整理制作） 第4节相对论的速度变换定律质量和能量的关系 第5节广义相对论点滴 1．相对论的速度变换公式：以速度u相对于参考系S运动的参考系S′中，一物体沿与u 相同方向以速率v′运动时，在参考系S中，它的速率为________________．2．物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：________.由此可见，物体质量________，其蕴含的能量________．质量与能量成________，所以质能方程又可写成________．3．相对论质量：物体以速度v运动时的质量m和它静止时的质量m0之间有如下的关系________________． 4．广义相对论的两个基本原理 (1)广义相对性原理：在任何参考系中物理规律都是____________． (2)等效原理：一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的． 5．广义相对论的几个结论： (1)光在引力场中传播时，将会发生________，而不再是直线传播． (2)引力场使光波发生________． (3)引力场中时间会__________，引力越强，时钟走得越慢． (4)有质量的物质存在加速度时，会向外辐射出____________． 6．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是() A．u＝u′＋v B．u
洛伦兹变换的详细推导演示教学
第三节洛伦兹变换式 教学内容： 1. 洛伦兹变换式的推导； 2. 狭义相对论的时空观：同时性的相对性、长度的收缩和时间的延缓; 重点难点： 狭义相对论时空观的主要结论。 基本要求： 1. 了解洛伦兹坐标变换和速度变换的推导； 2. 了解狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间延缓概念； 3. 理解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及两者的差异。 三、洛伦兹坐标变换的推导 x x vt 1 v c 2 y y z z t t vx c2 \1v c 2 或 x x vt J1 v c 2 y y z z t t vx c2 J v c 2 据狭义相对论的两个基本假设来推导洛仑兹变换式。 1.时空坐标间的变换关系 作为一条公设，我们认为时间 和空间都是均匀的，因此时空坐标 间的变换必须是线性的。 对于任意事件P在S系和S 系中的时空坐标(x, y, z, t)、(x', y'，z'，t')，因S'相对于S 以平行于 x轴的速度v作匀速运动，显然有 y'=y,z'=z。 在S系中观察S系的原点， x=0 ；在S'系中观察该点， x'= -vt'，即x'+vt'=O。因此x=x '+vt'。 在任意的一个空间点上，可以设：x=k( x '+ vt') ，k是一比例常数。 同样地可得到：x'= k' ( x-vt) = k' (x+ (-v)t) 根据相对性原理，惯性系S系和S'系等价，上面两个等式的形式就应该相同(除正、负号)，所以k=k'。
V1 v,c 2 可见洛仑兹变换是两条基本原理的直接结果。 3. 讨论 (1) 可以证明，在洛仑兹变换下，麦克斯韦方程组是不变的，而牛顿力学定律则要改 变。故麦克斯韦方程组能够用来描述高速运动的电磁现象，而牛顿力学不适用描述高速现象, 故它有一定的适用范围。 (2) 当|v/c|<<1时，洛仑兹变换就成为伽利略变换，亦即后者是前者在低速下的极限情 形。故牛顿力学仅是相对论力学的特殊情形一低速极限。 2?由光速不变原理可求出常数k 设光信号在S 系和S'系的原点重合的瞬时从重合点沿x 轴前进，那么在任一瞬时t (或t')， 光信号到达点在S 系和S'系中的坐标分别是：x=ct, x'=ct'，贝, k 2 x 2“ xx c tt 2 2 k tt c vt x vt 2 k ct vt ct vt 由此得到 这样，就得到 得到 就得到 v 2 x vt x vt 由上面二式，消去x' vx c 2 vx c 2 洛仑兹变换， 或 若消去x 得到 洛仑兹反变换 vt 2 t vx c ,综合以上结果, vt t vx c 2 v'1
狭义相对论中加速度a与力f的关系
第18卷第2期 荆州师专学报(自然科学版)Vo l.18N o.21995年4月Jo urnal of Jingzhou T eacher s Co lleg e(N atur al Science)A pr.1995收稿日期:1994狭义相对论中加速度a 与力f 的关系 阳荣华 程庆华 (荆门市竹园中学) (物理系) 摘要 本文针对关于狭义相对论中加速度a 与力f 的方向关系的一些讨论[1], 采用更为直观、简单的方法,同样得出了加速度a 与力f 的方向关系的普适结果;并通过典型例子较全面地讨论和描述了加速度a 和力f 的方向和大小的相互关系,揭示了在狭义相对论和经典力学中a 与f 相互关系的不同;并讨论了在v /c →0时它们的一致性,从一个侧面说明了经典力学的局限性。 关键词 四维矢量;洛仑兹变换;协变 1 引言 众所周知,在洛仑兹变换下,牛顿力学定律不能保持协变性。由牛顿第二定律f =m a 可以看出,在经典情况下,f 与a 方向一致,a 与f 大小成正比。在狭义相对论中,力f 与加速度a 的方向、大小关系如何呢?本文从狭义相对论基本方程出发,采用直观、简单的方法,较全面地讨论了狭义相对论中f 与a 的关系。 2 相对论的基本方程 静止质量为m 0,相对于参考系速度为u 的质点,其四维速度矢量为[2]: U = u (u ,ic ) (1)其四维加速度矢量为: A =d U d ={ u 2a +1c 2 u 4u(u ?a )},1c i u 4(u ?a )(2)其四维动量为[2]: P =m 0U =m 0 u (u ,ic )=(P ,ic u m 0) (3) 质点所受的四维力为[2]: K = d P d = (dp t ,i c d E d t )= u (f,i c f ?u)(4)狭义相对论的基本方程为[3]: K =dP /d =m 0A (5)将(2)、(4)两式代入(5)式可得: f= u m 0a +1c 2 3u m 0 (u ?a )u (6)其中 u =(1-u 2/c 2)-1/2,a =du /d t 为三维加速度,P =m 0 u u 为三维动量,f 为三维力。
洛伦兹变换
首先，我们要给出狭义相对论的两个基本假设： 1、相对性原理。 2、光速不变原理。 所谓相对性原理指的是一个原则，物理规律在不同的惯性参照系中，有相同的数学形式。关于这个原理，在我们这次推导过程中并没有显著地用到，这里就一笔带过吧。 这里要详细说一下光速不变原理。 光速不变原理的一个通俗的解释就是：光在任何惯性系中都有相同的速率。 这个解释其实和我们的日常生活是有尖锐矛盾的，下面我们通过例子来详细体会一下这种矛盾到底尖锐到什么程度。 我们设想一个场景：A和B两个人，A静止在地面上，A用一把枪瞄准了B，在某时刻开了一枪，B在子弹出膛的瞬间以一个恒定的速度逃跑。我们知道，如果B逃跑的速度非常快，要是和子弹速度一样的话，子弹是追不上B的，看下图。
详细地考察这个过程，我们会看到是这样的：在子弹射出枪膛后的一段时间里，子弹以一个大的速度前进了一段距离（比如前进了4米）。而B则相同的速度也前进了一段相同的距离（也前进了4米），子弹与B的间距并没有减小（一直是10米）。无论子弹飞了多久，子弹和B的间距仍然是相同的（10米），子弹是追不上B的。这是我们熟悉的常识。 现在这个例子中，我们假定A开的是激光枪，射出的不是子弹，而是一束激光。再假定B 逃跑的速度十分接近光速（不设B逃跑速度为光速，是为了避免一个混乱）。那么在地面上的A看来，在一段时间内，激光和B由于速度十分相近，所以激光慢慢地接近B，而追上B则会花大量的时间。
而在B看来会怎么样？B也是一个惯性系，而光速不变原理指出，激光在B惯性系里也是以光速前进的，所以B会惊恐地发现，激光在极短的时间内就击中了他。 如果仔细对比A和B这两人对同一个过程（A向B射击激光束，最后B被激光束击中）的 观察，会发现俩人的看法具有很大的差异，在这里的巨大差异体现在两人对激光自射出枪膛到击中B所用的时间是完全不同的：A发现激光束击中B发生在激光束被射出后的很长的一段时间后（比如1小时之后），而B却发现激光束自被射出到射中自己，花了连1微妙 都不到的时间。这是多么不可思议的事情？对于同一个过程，两个处在不同运动状态的观察者，居然会有截然不同的描述。 我们现在把这个例子中的AB初始间距拉得长一点，比如300万公里。于是在B的眼里， 自激光发射到击中B的过程中，B竟然还享受了人生最后的一根烟。他抽这根烟，花了10 秒钟。那么A怎么看呢？很明显，A发现激光击中B，和B抽完那根烟是同时同地发生的 事情。而A发现激光束追到B花了1个小时的时间，那也就是说，A发现B的这根烟，抽 了1个小时。A发现B抽烟的速度很慢，不但如此，A还发现B做任何事情的速度都很慢， 比如点烟、心跳、呼吸等，都极其缓慢。同样，A也发现B手上的手表指针也走得很慢很 慢。这是什么？这就是“时间膨胀”：A发现B惯性系中的时间，走得比A自己要慢。 这在我们日常经验中是不可思议的，然而光速不变原理指出，事情就是这样的。
洛伦兹变换的推导
一、间隔不变原理 1、事件：一件事情发生可以用地点和时间来标识。在一个参考系如S 中可以记作(,,,),x y z t 另一参考系' S 中可以记作''''(,,,),x y z t 两件事情发生，分别在两参考系中可以记为 22222221212121()()()()s x x y y z z c t t ?=-+-+--- 这两事件的间隔在' S 参考系中定义为 '2''2''2''22' '221212121()()()()s x x y y z z c t t ?=-+-+--- 注意两事件的间隔只能在同一惯性参考系才有意义，2 s ?是一种整体记法，就表示两事件在S 系中的惯性，计算方法如下， 22222221212121()()()()s x x y y z z c t t ?=-+-+--- 不表示两间隔之差，这种写法22221s s s ?=-是错误的。 由光速不变原理可以推出间隔不变：任何两事件的间隔，从一个惯性参考系变换到另一惯性参考系保持不变。2 '2 s s ?=? 二、洛伦兹变换 设惯性参考系' S 相对于惯性参考系S 以速度v 运动，选取两个参考系的坐标轴相互平行，x 轴方向沿速度v 方向，且0t =时两坐标原点重合。 在这种情况下有 '',y y z z ==
考虑两个事件，事件1在0t =时刻发生在两惯性参考系的原点，事件2在S 系中发生t 时刻，两事件在两个惯性参考系S 和' S 分别记为 由两事件在两惯性参考系中间隔相等可以得到 '2'2'22'222222x y z c t x y z c t ++-=++- （1） 由于从一个惯性参考系到另一个惯性参考系的变换为线性变换，所以有 '1112' 2122x a x a ct ct a x a ct =+=+ （2） 将（2）式代入（1）式再结合' ' ,y y z z ==可以得到
洛伦兹变换地推导
洛伦兹变换的推导：不妨假设自然界一切物理规律都是平权的，也就是在不同的参考系，所有的物理规律都是一样的 现在我们设（x，y，z，t）所在坐标系（A系）静止，（X，Y，Z，T）所在坐标系（B系）速度为u，且沿x轴正向。在A系原点处，x=0，B系中A原点的坐标为X=-uT，即X+uT=0。 可令 （1）. 又因在惯性系内的各点位置是等价的，因此k是与u有关的常数（广义相对论中，由于时空弯曲，各点不再等价，因此k不再是常数。）同理，B系中的原点处有 ，由相对性原理知，两个惯性系等价，除速度反向外，两式应取相同的形式，即k=K。 故有 （2）. 对于y，z，Y，Z皆与速度无关，可得 （3）. （4）. 将（2）代入（1）可得： ，即
（5）. （1）（2）（3）（4）（5）满足相对性原理，要确定k需用光速不变原理。当两系的原点重合时，由重合点发出一光信号，则对两系分别有 ， 。 代入（1）（2）式得： ， 。两式相乘消去t和T得： . 将γ反代入（2）（5）式得坐标变换： 3．速度变换：
同理可得V（y），V（z）的表达式。 4．尺缩效应： B系中有一与x轴平行长l的细杆，则由 得： ，又△t=0（要同时测量两端的坐标），则 ，即： ， 。 5．钟慢效应： 由坐标变换的逆变换可知， ，故
，又 ，（要在同地测量），故 。 （注：与坐标系相对静止的物体的长度、质量和时间间隔称固有长度、静止质量和固有时，是不随坐标变换而变的客观量。） 6．光的多普勒效应：（注：声音的多普勒效应是： ） B系原点处一光源发出光信号，A系原点有一探测器，两系中分别有两个钟，当两系原点重合时，校准时钟开始计时。B系中光源频率为ν（b），波数为N，B系的钟测得的时间是△t（b），由钟慢效应可知，A△系中的钟测得的时间为 （1）. 探测器开始接收时刻为 ，最终时刻为 ，则 （2）. 相对运动不影响光信号的波数，故光源发出的波数与探测器接收的波数相同，即
关于洛伦兹变换的推导
第17卷第8期大 学 物 理V o l.17N o.8 1998年 8月COLL EGE PH YS I CS A ug.1998 关于洛伦兹变换的推导 王笑君1) 关 洪2) (1)华南师范大学物理系,广州 510631;2)中山大学物理系,广州 510275)α 摘 要 介绍了从时空的一些普遍性质出发而推导洛伦兹变换的几种有代表性的方法,特别阐明了每种方法的推导依据(包括隐含的依据),并对这些依据所对应的物理意义进行了讨论. 关键词 洛伦兹变换;推导 分类号 O412.1 长期以来,在国内刊物发表的一些文章[1]上,以及笔者不时有机会看到的一些稿件上,每每声称发现了推导狭义相对论里洛伦兹变换的新的基本方法.但在实际上,这些文稿往往只是前人工作的重复,并且还常常采取了一些不必要的或多余的假设;此外,一些已出版的书籍里,也存在着类似的问题.所以,系统介绍一下这方面的情况,相信是会有益处的. 我们所说的推导洛伦兹变换的基本方法,指的是从关于空间和时间的一些普遍性质出发而做的推导,不包括从例如电磁场方程的不变性那样的具体要求,或者从时间延长和长度收缩等“实验现象”(事实上不存在任何关于长度收缩的直接实验证据)出发所做的推导.下面按历史先后的顺序,简单地介绍几种有代表性的推导方法. 1 E i n ste i n的光速不变原理 众所周知,作为E in stein的狭义相对论基础的两条支柱,是他的“光速不变原理”和“相对性原理”.这两条原理可以简单地陈述如下: 1)物理定律在一切惯性参照系中都采取同样的形式. 2)在任何给定的惯性系中,光速c都是相同的,且与光源的运动无关. 今设在一惯性系S里的空时坐标是x、y、z 和t,在另一个惯性系S′里相对应的空时坐标是x′,y′,z′和t′.S′相对于S的速度沿着x轴亦即x′轴的方向,其大小为v;而且当t=0时,两个参照系的原点相重合.那么,根据光速不变原理2),对于从原点出发的光的传播过程,在参照系S和S′里应当分别有: x2+y2+z2=c2t2(1) x′2+y′2+z′2=c2t′2(2)容易算出,满足条件(1)和(2)的坐标的齐次线性变换关系,必定采取以下形式: x′=<(v) x-v t 1-(v c)2 y′=<(v) y z′=<(v) z t′=<(v) t-(v c2)x 1-(v c)2 (3) 这就是在E in stein的早期工作里得出的初步公式,其中含有一个未能确定的、仅含速度参数v的公共函数因子<(v)[2].这一因子的存在,反映了把任意参照系的空间和时间尺度乘上同一个系数,不会影响光的速度.从式(2)不难看出,如果采取光速c=1的自然单位,空间和时间的变换就呈 α
3分钟简单理解相对论
好吧，我来试一试，尽量用讲故事的语气。 由于光的一些特别的地方，导致了物体在运动速度非常快时很多东西就开始违背常理，发生一些非常奇怪的事情。任何东西在突然变了一个方向，或者速度突然变了后，时间、空间、质量、能量都将变成相对的。这种现象在物体速度越快时越明显。当什么东西以光那么快的速度运动时，那么时间便成为相对的了：对于这个物体，时间要慢一些，而对于其他速度没这么快的东西，时间还是原来那么快。这就意味着，如果你坐在一个速度接近光速的火车上，那么你的1秒钟可能就相当于别人的几秒钟了。这也就是说，如果你在这个火车上待他个几年，下火车时你会发现你比你的同龄人要年轻些，因为别人也许已经过了几十年了，但你才过了几年。许多人会认为宇宙航行时间太长，可能没到目的地人就死了。其实这是片面的。宇宙飞船飞得很快时，飞船上的人活得会比地球上的人久一些。同时，其他的一些东西也会因为速度的改变而变成相对的。比如，因为你乘的火车速度太快了，时间对于你被“拉长”了，因此你完全有理由认为在这段时间里火车走的距离比实际走过的距离要长（因为这段时间比本来应该的时间长，而火车速度始终是那么多），换句话说，速度快了的话，不但时间慢了，而且一个东西的长度也更长了（补充一句，这个变长显然是顺着运动的那个方向变长）。是的，同一把尺子，在飞机上比在地面上要长一些，尽管这个差别几乎无法测出来。但速度快到接近光速时，这个差别就大了，圆甚至都会变成椭圆。 还有，速度变快了后，你的体重会增加，你的能量也会增加，可以说，以前你认为不会因为时间地点改变的东西当速度可以和光速相比时都是相对的了。 相对论还有许多有趣的推论。比如，一切物体的速度都不会超过光速，包括信息的传递。我举个例子：太阳光射到地球需要8分钟。如果有一瞬间太阳爆炸了，地球肯定会改变轨道。但是，地球会在太阳爆炸的那一瞬间改变轨道吗？不，地球会在太阳爆炸8分钟后改变轨道，因为太阳爆炸的“信息”传递速度不能超过光速，至少得8分钟后才会对地球造成影响，而在这8分钟内，地球安然无恙。 哈哈，简单的来讲，相对论就是空间、质量、时间相对于速度变化的理论，主要是讲在速度接近光速时的变化的理论！ 其主要内容为： 1.当物体速度无限接近于光速时，物体会无限延长！ 2.当物体速度无限接近于光速时，物体质量会无限大！ 3.当物体速度无限接近于光速时，对于物体来讲的时间变化会接近于0（也就是说时间无限接近于停止，可以认为是时间会静止！） 在速度变化上来讲，就是只要你速度变快，你的体积就会变大、质量就会增大、寿命就会变长！可惜以我们目前的科学技术水平所能达到的速度会对以上3个方面的影响，几乎可以不计！你比如时间来讲，一架正在飞机上的原子钟和地面上放置的原子钟，在飞机绕地球飞行N圈之后，他们差值可是“0.很多个0后面又带了几个数字”秒！所以对我们现在的日常生活来讲，相对论里面的知识不会影
最新洛伦兹变换的严格推导
洛仑兹变换的严格推导 1 此推导过程从狭义相对性原理及光速不变原理出发，进行严格推导。 2 设事件P 在S 系中坐标为()t z y x ,,,,在'S 系中坐标为()',',','t z y x ， 'S 系以速3 度u 沿'S 系的x 轴正方向匀速运动。设真空中光速为c 。洛仑兹变换推导过程4 如下： 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 因洛仑兹变换为伽利略变换中速度u 接近光速c 时的数学形式，当速度u 远18 远小于光速c 时洛仑兹变换应能退化为伽利略变换。所以参照伽利略变换，洛19 仑兹变换形式可设为： 20 ?????+=+=+=g f e d b a gt fz z et dy y bt ax x λλλλλλ''' ?? ???+=+=+=g f e d b a t g z f z t e y d y t b x a x ''''''''''''''''''λλλλλλ 21 1.讨论',x x 之间的数学关系： 22 当'',0ut x x -==时，有： 23 b a t b ut a '''')'('0λλ+-=，即b a a t b t u a '''''')('0λλλ+-= 24
't 为齐次型 a a a t b t u a b a '''''')('0,''λλλλλ+-==∴ 25 若等式成立，有：a a a b u b u a ''' ' ,') ('λλ-=--=- 26 u - 的正负性与 a a b '' ' λ-无关且有意义 1''==∴b a λλ 27 则''b u a -=-，有：''''ut a x a x += 28 当ut x x ==,0'时，有： 29 b a bt ut a λλ+=)(0，即b a a bt t au λλλ+=0 30 t 为齐次型 a a a bt t au b a λ λλλλ+==∴0, 31 若等式成立，有：a a a b u b au λ λ-=-=, 32 u 的正负性与 a a b λ-无关且有意义 1==∴b a λλ 33 则b au -=，有：aut ax x -='。这里有： 34 ? ??+=-='''''ut a x a x aut ax x ，由狭义相对性原理可知，应有'a a =，则： 35 ? ??+=-='''aut ax x aut ax x (1) 36 2.讨论 ',y y 之间的数学关系： 37 当0',0==y y 时，e t e '''0λ= 0'≥t 0'=∴e 38
2016-2017学年高中物理 第6章 相对论 3-4-5 时间、长度的相对性 相对论的速度变换
时间、长度的相对性 相对论的速度变换公式 质能关系 广义相对论点 滴 1．用相对论的观点判断下列说法是否正确（ ）． A ．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变 B ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船中的时钟会变快，但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是准确的 C ．在地面上的人看来，以10 km/s 的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些 D ．当物体运动的速度v ?c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效果可忽略不计 2．一个物体静止时质量为m 0，能量为E 0，速度为v 时，质量为m ，能量为E ，动能为E k ，下列说法正确的是（ ）． A ．物体速度为v 时能量E ＝mc 2 B ．物体速度为v 时动能2k 12 E mc = C ．物体速度为v 时的动能2k 12 E mv = D ．物体速度为v 时的动能E k ＝（m －m 0）c 2 3．人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球4.3×1016 m ．设有一宇宙飞船自地 球往返于人马星座α星之间．若宇宙飞船的速度为0.999c ，按地球上的时钟计算，飞船往返一次需时间______．如以飞船上的时钟计算，往返一次的时间又为______． 4．用质子轰击锂核7 3Li ，生成2个α粒子，若用m p 表示质子的质量，m 表示锂核质量，m α表示α粒子质量，则此反应中释放的能量△E ＝______. 5．在距地面8.00 km 的高空，由π介子衰变产生出一个μ子，它相对地球以v ＝0.998c 的速度飞向地面，已知μ子的固有寿命平均值τ0＝2.00×109 s ，试证该μ子能否到达地面？ 6．火箭以0.75c 的速度离开地球，从火箭上向地球发射一个光信号．火箭上测得光离开的速度是c ，根据过去熟悉的速度合成法则，光到达地球时地球上测得的光速是多少？根据狭义相对论的原理呢？ 7．A 、B 、C 是三个完全相同的时钟，A 放在地面上，B 、C 分别放在两个火箭上，以速度v B 和v C 朝同一方向飞行，v B ＜v C ，地面上的观察者认为哪个时针走得最慢？哪个走得最快？
洛伦兹变换的详细推导
精心整理 第三节洛伦兹变换式 教学内容： 1.洛伦兹变换式的推导； 2.狭义相对论的时空观：同时性的相对性、长度的收缩和时间的延缓； 重点难点： 狭义相对论时空观的主要结论。 基本要求： 1.了解洛伦兹坐标变换和速度变换的推导； 2.了解狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间延缓概念； 3.理解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及两者的差异。 三、洛伦兹坐标变换的推导 () () ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - - =' =' =' - - =' 2 2 2 1 1 c v c vx t t z z y y c v vt x x 据狭义相对论的两个 1.时空坐标间的变换关系 作为一条公设，我们认为时间 的，因此时空 对于任意的时空坐标(x， y，z，t)、(x'，S以平行于x 轴的速度v作,z'=z。 在S系中在S'系中观察 该点，x'=-v t'，x'+v t'。 在任意的：x=k（x'+v t'）， k是—比例常数。 同样地可得到：x'=k'（x-v t）=k'（x+(-v)t） 根据相对性原理，惯性系S系和S'系等价，上面两个等式的形式就应该相同（除正、负号），所以k=k'。 2.由光速不变原理可求出常数k ????设光信号在S系和S'系的原点重合的瞬时从重合点沿x轴前进，那么在任一瞬时t（或t'），光信号到达点在S系和S'系中的坐标分别是：x=c t,x'=c t'，则： 由此得到 ()2 2 21 1 c v v c c k - = - = 。
这样，就得到 () 2 1c v vt x x --= '， () 2 1c v t v x x -'+'= 。由上面二式，消去x '得到 () 2 21c v c vx t t --= '；若消去x 得到() 2 21c v c x v t t -'+'= ，综合以上结果， 就得到洛仑兹变换，或洛仑兹反变换 可见洛仑兹变换是两条基本原理的直接结果。 3.讨论 （1）可以证明，在洛仑兹变换下，麦克斯韦方程组是不变的，而牛顿力学定律则要改变。故麦克斯韦方程组能够用来描述高速运动的电磁现象，而牛顿力学不适用描述高速现象，故它有一定的适用范围。 （ 学仅是相对论洛变换公式。 设因因此此： ： 因因y y ''==y 。同理： u z '因此得其逆变换为： 21c u v v u u x x x '++'=、 ()2 2 11c u v c v u u x y y '+-'=、 ()2 2 11c u v c v u u x z z '+-'=。 讨论 （1）当速度u 、v 远小于光速c 时，即在非相对论极限下，相对论的速度变换公式即转化为伽利略速度变换式 v u u x x -='。 （2）利用速度变换公式，可证明光速在任何惯性系中都是c 。 证明：设S '系中观察者测得沿x '方向传播的一光信号的光速为c ，在S 系中的观察者测得该光信号的速度为：
关于洛伦兹变换的推导
大 学 物 理 科技期刊 COLLEGE PHYSICS 1998年8月 第17卷 第8期 关于洛伦兹变换的推导 王笑君1) 关 洪2) 1) 华南师范大学物理系，广州 510631； 2) 中山大学物理系，广州 510275) 摘 要 介绍了从时空的一些普遍性质出发而推导洛伦兹变换的几种有代表性的方法，特别阐明了每种方法的推导依据(包括隐含的依据)，并对这些依据所对应的物理意义进行了讨论. 关键词 洛伦兹变换；推导 分类号 O 412.1 长期以来，在国内刊物发表的一些文章［1］上，以及笔者不时有机会看到的一些稿件上，每每声称发现了推导狭义相对论里洛伦兹变换的新的基本方法.但在实际上，这些文稿往往只是前人工作的重复，并且还常常采取了一些不必要的或多余的假设；此外，一些已出版的书籍里，也存在着类似的问题.所以，系统介绍一下这方面的情况，相信是会有益处的. 我们所说的推导洛伦兹变换的基本方法，指的是从关于空间和时间的一些普遍性质出发而做的推导，不包括从例如电磁场方程的不变性那样的具体要求，或者从时间延长和长度收缩等“实验现象”(事实上不存在任何关于长度收缩的直接实验证据)出发所做的推导.下面按历史先后的顺序，简单地介绍几种有代表性的推导方法. 1 Einstein的光速不变原理 众所周知，作为Einstein的狭义相对论基础的两条支柱，是他的“光速不变原理”和“相对性原理”.这两条原理可以简单地陈述如下： 1) 物理定律在一切惯性参照系中都采取同样的形式. 2) 在任何给定的惯性系中，光速c都是相同的，且与光源的运动无关. 今设在一惯性系S里的空时坐标是x\,y\,z和t,在另一个惯性系S′里相对应的空时坐标是x′,y′,z′和t′.S ′相对于S的速度沿着x轴亦即x′轴的方向，其大小为v；而且当t=0时，两个参照系的原点相重合.那么，根据光速不变原理2)，对于从原点出发的光的传播过程，在参照系S和S′里应当分别有： x2+y2+z2=c2t2 (1) x′2+y′2+z′2=c2t′2 (2) 容易算出，满足条件(1)和(2)的坐标的齐次线性变换关系，必定采取以下形式：
洛伦兹变换的详细推导
第三节 洛伦兹变换式教学内容： 1. 洛伦兹变换式的推导； 2. 狭义相对论的时空观：同时性的相对性、长度的收缩和时间的延缓； 重点难点： 狭义相对论时空观的主要结论。 基本要求： 1. 了解洛伦兹坐标变换和速度变换的推导； 2. 了解狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间延缓概念； 3. 理解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及两者的差异。 三、洛伦兹坐标变换的推导 ()()????? ??? ??? --='='='--='222 11c v c vx t t z z y y c v vt x x 或 ()()? ???? ??? ?? ? -'+'='='=-'+'=2 22 11c v c x v t t z z y y c v t v x x 据狭义相对论的两个基本假设来推导洛仑兹变换式。 1. 时空坐标间的变换关系 作为一条公设，我们认为时间和空间都是均匀的，因此时空坐标间的变换必须是线性的。 对于任意事件P 在S 系和S '系中的时空坐标(x ，y ，z ，t )、(x '，y '，z '，t ')，因S ' 相对于S 以平行于 x 轴的速度v 作匀速运动，显然有y '=y , z '=z 。 在S 系中观察S 系的原点，x =0；在S '系中观察该点， x '=-v t '，即x '+v t '=0。因此x =x '+v t '。 在任意的一个空间点上，可以设：x =k （x '+v t '），k 是—比例常数。 同样地可得到：x '=k '（x -v t ）= k '（x +(-v )t ） 根据相对性原理，惯性系S 系和S '系等价，上面两个等式的形式就应该相同（除正、负号），所以k =k '。
用相对论的观点解释时间变慢与时间倒流问题
用相对论的观点解释时间变慢与时间倒流问题 当你站在火炉旁的时候你会觉得时间过得很慢，当你和一个美女在一起的时候你会觉得时间过得很快。。。据说当年别人问爱因斯坦什么是相对论这个问题时，老爱就是这么回答的。当然要是相对论这么好解释就好了，它其实比我们任何人想象的还要难理解。以下是关于相对论的详细的全面的稍微系统的解释。 相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理，相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”，“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。 狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。
广义相对论是爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10-12的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。 其实说白了我认为相对论就是一个瞎子的故事:从前有个瞎子，他的时空观来自一只会语音报时的钟和一把会语音报长度的尺子，当这个瞎子相对他的钟和尺做超音速运动时，他听到的是时光倒流和长度缩短，然后，他就把这个表象写了下来，这就是相对论。老爱永远不会错，因为他听到的是真实的。不过谁要是认为表象就是本质，认为时空真的可以倒流，那他不是爱因斯坦，他只是个瞎子。 在经典物理学中,时间是绝对的,它一直充当着不同于三个空间坐标空间的独立角色.爱因斯坦的相对论把时间与空间联系起来了,认为物理的现实世界是各个事件组成的.
洛伦兹变换推导方法探讨
万方数据
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洛伦兹变换推导方法探讨 作者：万滇天， 来淑芬 作者单位：万滇天(江西电力职业技术学院,江西南昌,330032)， 来淑芬(南昌航空大学,江西南昌,330063) 刊名： 江西电力职业技术学院学报 英文刊名：JOURNAL OF JIANGXI VOCATIONAL AND TECHNICAL COLLEGE OF ELECTRICITY 年，卷(期)：2011,24(1) 参考文献(2条) 1.史蒂芬·霍金;许明贤;吴忠超时间简史 2005 2.史蒂芬?霍金;吴忠超果壳中的宇宙 2005 本文读者也读过(10条) 1.蔡志东关于洛伦兹变换过渡到伽利略变换的条件问题[期刊论文]-物理通报2011,40(9) 2.冯胜奇洛伦兹变换成立的充分与必要条件[期刊论文]-物理与工程2010,20(4) 3.殷岳才.YIN Yue-cai爱因斯坦与物理规律的协变性[期刊论文]-沈阳师范学院学报(自然科学版)2000,18(2) 4.杨江河Lorentz变换的意义[期刊论文]-益阳师专学报2000,17(5) 5.狭义相对论百年风雨[期刊论文]-物理与工程2005,15(5) 6.汤庆国.吕仁花.TANG Qing-guo.LU Ren-hua关于能量--动量洛伦兹变换的讨论[期刊论文]-安庆师范学院学报（自然科学版）2001,7(2) 7.吴文良.李玉清洛伦兹变换的逻辑隐患及解决方案[期刊论文]-云南民族学院学报(自然科学版)2003,12(1) 8.陈聪动能定理对伽利略变换具有不变性的一种证明[期刊论文]-职大学报2004(2) 9.罗明娅相对论洛伦兹变换的推导[期刊论文]-职大学报2001(4) 10.侯新杰.毕小群.薛晓舟因果性、因果反常和快子[期刊论文]-河南师范大学学报(自然科学版)2001,29(1) 本文链接：https://www.360docs.net/doc/ea16681227.html,/Periodical_jxdlzgdxxb201101029.aspx
洛伦兹变换
坐标系K1 （O1，X1，Y1，Z1）以速度V相对于坐标系K（O，X，Y，Z）作匀速直线运动；三对坐标分别平行，V沿X轴正方向，并设X轴与X1轴重合，且当T1=T=0时原点O1与O重合。设P为被“观察”的某一事件，在K系中观察者“看”来。它是在T时刻发生在（X，Y，Z）处的，而在K1系中的观察者看来，它是在T1时刻发生在（X1，Y1，Z1）处的。这样的两个坐标系间的变换，我们叫洛伦兹坐标变换。 在推导洛伦兹变换之前，作为一条公设，我们必须假设时间和空间都是均匀的，因此它们之间的变换关系必须是线性关系。如果方程式不是线性的，那么，对两个特定事件的空间间隔与时间间隔的测量结果就会与该间隔在坐标系中的位置与时间发生关系，从而破坏了时空的均匀性。 例如 设X1与X的平方有关，即X1=AX^2，于是两个K1系中的距离和它们在K系中的坐标之间的关系将由X1a-X1b=A(Xa^2-Xb^2）表示。现在我们设K 系中有一单位长度的棒，其端点落在Xa=2m和Xb=1m处，则X1a-X1b=3Am。这同一根棒，其端点在Xa=5m和Xb=4m处，则我们得到X1a-X1b=9Am。这样，对同一根棒的测量结果将随棒在空间的位置的不同而不同。为了不使我们的时空坐标系原点的选择与其他点相比较有某种物理上的特殊性，变换式必须是线性的。 先写出伽利略变换 X=X1+VT1； X1=X-VT 增加系数k，X=k(X1+VT1)； X1=k1(X-VT) 根据狭义相对论的相对性原理，K和K1是等价的，上面两个等式的形式就应该相同（除正负号外），所以两式中的比例常数k和k1应该相等，即有k=k1。 这样， X1=k（X-VT） 为了获得确定的变换法则，必须求出常数k，根据光速不变原理，假设光信号在O与O1重合时（T=T1=0）就由重合点沿OX轴前进，那么任一瞬时T（由坐标系K1量度则是T1),光信号到达点的坐标对两个坐标系来说，分别是 X=CT； X1=CT1 XX1=k^2 (X-VT)(X1+VT1) C^2 TT1=k^2 TT1(C-V)(C+V) 由此得