相对论1_Lecture-guys

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

相对论的诞生、时间和空间的相对性课件

Δτ ， 1－vc2
其中Δt为地面观察者测得的时间间隔，Δτ为相对观察者静止时
测得的时间间隔。
例3 一张宣传画是边长为5 m的正方形，一高速列车以 2×108 m/s的速度接近此宣传画，在司机看来，这张宣传画是什么样子？
解析：因为长度收缩只发生在运动方向上，与运动方向垂直的方向上没有这种效应，故测得宣传画的高仍为5 m。设宣传画原长l0＝5 m，观测看到沿列车运动方向长为l。由动尺缩短效应有
相对论的诞生时间和空间的相对性
一、相对论的诞生 1．经典相对性原理 (1)惯性系：牛__顿__运__动__定__律_____成立的参考系。相对于一个惯性系做_匀__速__直__线__运__动____的另一个参考系，也是惯性系。 (2)伽利略相对性原理：力学规律在任何_惯__性__系__中都是相同的。 2．狭义相对论的两个基本假设
(2)参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动时，人看到的光速应是多少？
(3)参考系O相对于参考系O′以速度v向左运动时，人看到的光速又是多少？
解析：根据狭义相对论的光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。因此三种情况下，人观察到的光速都是c。
(2)相对论的时空观：同时是相对的，即在一个惯性系中 “同时”发生的两个事件，在另一个惯性系中可能是不同时的。
2．长度的相对性 (1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否相对杆运动而不同。 (2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止的长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化。
对于狭义相对论的相对性原理来说，力学规律对惯性系来说都是相同的，但是光速是不变的。由于光速是不变的，造成了与经典理论一些不同的结论。这些结论在低速的世界里是不易搞清的，但从天体的物理现象中却得到了证实。

相对论1

第15章狭义相对论基础
大学物理A教案
2、同时的相对性
异地校钟： A、B 处固定时钟和接受器，依据光速不变
原理， A、B同时接收到光信号， A、B 处的
时钟得到校准。
u
S
C
A
S
o
B x '
把经过校准的一时钟置于S系中的C处，C处的光源在经过 C处时发出光信号。
u
S S
C
A
o
C
B x '
S
u
S
o
第15章狭义相对论基础
C
A
B
C
大学物理A教案
x'
A、B 同时接收到光信号。
事件1： A处接收到光信号事件2： B处接收到光信号
在 S系中事件1和事件2是同时发生的。但S系观察者认为事件1先于事件2发生。
结论：“同时性”具有相对性 ——光速不变原理的直接结果
坐标原点重合。
任意时刻t，两个描述的关系为
ut o o z z
x x
x x ut
x x ut
y y
y y
z z
z z
t t
t t
正变换
逆变换
上述两组方程称为伽利略坐标变换式
第15章狭义相对论基础
大学物理A教案
2、经典时空观
伽利略坐标变换中默认了绝对时空

l cu

2d c2 u2

2d c2 (1
) u2
c2

2l c
(1
u2 c2
)
第15章狭义相对论基础
大学物理A教案
光束（2）来回GM2的时间为：

相对论

概述相对论（Relativity）的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无大质量物体扭曲时空改变物体行进方向关。

狭义相对论和广义相对论的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。

相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。

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领域。

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。

相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。

狭义相对论提出于1905年，广义相对论提出于1915年（爱因斯坦在1915年末完成广义相对论的创建工作，在1916年初正式发表相关论文）。

由于牛顿定律给狭义相对论提出了困难，即任何空间位置的任何物体都要受到力的作用。

因此，在整个宇宙中不存在惯性观测者。

爱因斯坦为了解决这一问题又提出了广义相对论。

狭义相对论最著名的推论是质能公式，它说明了质量随能量的增加而增加。

它也可以用来解释核反应所释放的巨大能量，但它不是导致原子弹的诞生的原因。

而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，与有些天文观测到的现象符合。

狭义与广义相对论的分野传统上，在爱因斯坦刚刚提出相对论的初期，人们以所讨论的问题是否涉及非惯性参考系来作为狭义与广义相对论分类的标志。

随着相对论理论的发展，这种分类方法越来越显出其缺点——参考系是跟观察者有关的，以这样一个相对的物理对象来划分物理理论，被认为较不能反映问题的本质。

目前一般认为，狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力（弯曲时空），即狭义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题，而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学的。

用相对论的语言来说，就是狭义相对论的背景时空是平直的，即四维平凡流型配以闵氏度规，其曲率张量为零，又称闵氏时空；而广义相对论的背景时空则是弯曲的，其曲率张量不为零。

大学物理课件相对论时空观

等效原理
总结词
等效原理指出在小区域内，不能通过任何实验区分均匀引力场和加速参照系。
VS
详细描述
等效原理是广义相对论的核心原理之一，它表明在小区域内，无法通过任何可预见的实验区分均匀引力场和加速参照系。这一原理意味着引力的作用与加速参照系中的惯性力无法区分，从而引出了等效原理和广义协变原理，为广义相对论的发展奠定了基础。
相对论预测了黑洞的存在以及引力波的发射，这些预测已经被现代天文学观测所证实。
宇宙膨胀的发现
相对论的预言激发了科学家们对宇宙膨胀现象的研究，这一发现改变了我们对宇宙起源和演化的理解。
相对论在物理学其他领域的影响
基本粒子和强相互作用
相对论与量子力学相结合，为基本粒子和强相互作用提供了统一的理论框架。
光速不变原理
总结词
光速不变原理是相对论的另一个基本原则，它指出光在真空中的传播速度对任何观察者来说都是不变的，不依赖于光源或观察者的运动状态。
详细描述
光速不变原理表明光速是一个绝对常数，不受光源或观察者的运动状态影响。无论是在静止参照系还是运动参照系中，光速都是恒定的。这一原理颠覆了牛顿力学中的绝对时空观，提出了时间和空间的相对性。
E=mc^2、时间膨胀和长度收缩等理论的推导。
狭义相对论中的时间膨胀和长度收缩
时间膨胀
在高速运动的参考系下，时间相对于静止参考系而言会变慢，即时间膨胀效应。
长度收缩
在高速运动的参考系下，长度会相对于静止参考系而言缩短，即长度收缩效应。
时间膨胀和长度收缩的验证
摩雷森实验等实验，证实了时间膨胀和长度收缩效应的存在。
03
CATALOGUE
狭义相对论
狭义相对论的时空观

相对论ok课件PPT

实验验证与推广
相对论预言得到多次实验验证，并逐步推广到广义相对论和量子力学等领域。
相对论的基本假设与原理
01
02
03
光速不变原理
无论在何种惯性参考系中，光在真空中的速度都是不变的。
相对性原理
物理定律在所有惯性参考系中都是一样的。
质能等价原理
质量和能量是等价的，可以相互转化。
相对论的重要意义
相对论ok课件
• 相对论简介 • 狭义相对论 • 广义相对论 • 相对论的应用 • 相对论的未来发展
01
相对论简介
相对论的起源与发展
19世纪末物理学危机
经典物理学无法解释光速不变和米氏-摩雷森实验结果，引发物理学危机。
洛伦兹变换与相对论的提出
爱因斯坦提出两个基本假设，通过洛伦兹变换推导出时间膨胀和长度收缩等相对论效应。
黑洞与宇宙大爆炸都是广义相对论的重要预言和研究对象，对于深入理解宇宙的本质和演化具有重要意义。
广义相对论中的实验验证
广义相对论预言的光线弯曲、引力红移、雷达回波延迟等效应都得到了实验验证，进一步证实了广义相对论的正确性和可靠性。
近年来，随着技术的不断进步，科学家们通过更精确的实验设备和方法对广义相对论进行了更深入的验证，例如利用激光干涉测量技术测量引力波等。这些实验结果进一步证实了广义相对论的预言和理论框架的正确性。
狭义相对论中的质能关系
狭义相对论提出了著名的质能关系公式E=mc^2，其中E表示能量，m表示质量，c表示光速。这个公式表明质量和能量之间存在等价关系，即物体所具有的能量与其质量成正比，且与光速的平方成正比。这一公式为后来的核能和原子能研究提供了理论基础。
03
广义相对论

相对论

重合时刻，
t t 0
z
z’
O’
x x’
S : P ( x, y , z , t ) S : P( x, y, z, t )
返回
伽利略变换Galilean transformation
设S系相对于S系沿x方向以速率v运动，以O和 O 重合时为计时起点, y y Z Z
不同惯性系中的观察者所观测到的具体力学现象可以不同，但所观测到的力学规律相同。返回
绝对时间：
绝对时空观
绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且，其本性在均匀地、与任何其它外界事物无关地流逝着。 —— 牛顿伽利略变换中我们默认了
S 系与S 系中的钟一旦在O与O 重合时校对好，则读数始终保持相同，不受钟运动状态的影响。
相对论
第一部分第二部分
狭义相对论
一、伽利略变换二、历史背景三、基本理论四、时空观念五、重要结论六、四维空间
广义相对论
一、惯性力二、基本原理三、时空观四、实验验证
扬州职大电大贾湛制作
回目录
问题
1、相对论告诉我们哪些是相对的，哪些是绝对的？ 2、相对论的核心是洛仑兹变换，为什么狭义相对论的主要贡献是爱因斯坦？ 3、为什么时间空间是相互联系的，时间与空间究竟是什么？ 4、当经验与实验相冲突时，你相信什么？
直接测全周期 T t 2 t1 T0
但实际观察结果是T ´实测=T实测
显然 T T
光速与运动无关? 返回
迈克耳逊
迈克尔逊
莫雷
美国物理学家。1852 年12月 19日，1837年毕业于美国海军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席、美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，1931年5月 9日在帕萨迪纳逝世。主要从事光学和光谱学方面和气象学方面的研究，获得了1907年的诺贝尔物理学奖金。 1887年他与莫雷合作，进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验，这是一个最重大的否定性实验，它动摇了经典物理学的基础。返回

相对论的诞生时间和空间的相对性课件

【素养升华】狭义相对论的相对性原理力学规律对惯性系来说都是相同的,但是光速是不变的。光速的大小与选取的参考系无关,在任何情况下,真空中的光速都是 c。
二、动尺变短与动钟变慢
规律方法
1.“动尺变短”:狭义相对论中的长度公式:l=l0
1 ( v)2 中,
c
l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度,而l可以认为是杆
3
在K′系的x′y′平面内静置一长为
5m、与x′轴成30°角的杆。试问:在
K系中观察到此杆的长度和杆与x轴的夹角分别为多大?
【标准解答】设杆固有长度为l0,在K′系中x′方向上:
l0x=l0cosα′,y′方向上:l0y=l0sinα′,由长度的相对性得
K系中x方向上:lx=l0x
1 (v)2 c
2.长度的相对性: (1)经典的时空观:一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做 _相__对__运__动__而不同。 (2)相对论的时空观:长度也具有_相__对__性,一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆_静__止__时的长度小。设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0,与杆有相对运动的人认为杆的长度为 l,杆相对于观察者的速度为v,则l、l0、v的关系是l=_l_0 _1___(_vc_)2_。
3.为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢? 在什么情况下,相对论效应比较明显? 提示:在平时生活中,物体运动的速度都非常慢,与光速c相比均可忽略,因此我们觉察不到同时的相对性,相对论的所有效应都不明显,但在参考系速度接近光速(一般都需0.9c以上)时,相对论效应就明显表现出来了。
2.狭义相对论的两个基本假设: (1)实验基础:不论光源与观测者做怎样的相对运动,光速都是 _一__样__的__。 (2)两个基本假设:

相对论PPT课件

三、狭义相对论的时空观
1、“同时”的相对
性yBiblioteka yP1 ( x1 , t1 ) ( x1 , t1 )
o
u
P1
o
( x 2 , t 2 ) P2 ( x2 ,t2 )
x x
z
z
由洛仑兹变换有：
t t2 t1
u c2
x
1 2
除非x0 ，否则t 0 ，两件事不是同时发生的。
结论：
在一个惯性系中同时发生的两件事，在其它的惯性系中不一定是同时发生的,即同时性是相对的.
（1）经典电子论的创立者----洛仑兹力；（2）洛仑兹变换---推动了相对论的建立；（3）教育家-----无数的科学家是他的学生。
x
x ut
1
u2 c2
y
y
z z
t
t
u c2
x
1
u2 c2
S系 y
P(x, y, z, t)
y
(x, y, z, t)
u
o z
o
x x z
S’系
这就是洛仑兹时空坐标变换式
打开原子核的大门，原子核会分裂；原子武器和原子能。
总之，这些发现向我们打开了一个全新的世界。
驱散这两朵乌云导致：相对论的诞生！量子论的诞生！
相对论和量子论是现代科学的两大基石，没有它们，就没有今天的文明。
§1 力学（伽利略）相对性原理伽利略变换 §2 狭义相对论 §3 广义相对论简介
伽变换蕴含绝对时空观：时间测量、空间测量与参考系运动无关，时间和空间也不相联系
二、力学相对性原理
S Fma
S F m a
Fm a
Fm a
力学相对性原理

相对论(2)

0‘ 由动量守恒和质量守恒
mv = (m0 + m)ux
− mv = (m0 + m)u
' x
mv 即 ux = m + m0 mv ' 即 u =− = −ux x m + m0
全同粒子A和发生完全非弹性正碰全同粒子和B发生完全非弹性正碰 S: S’:
mv = (m0 + m)ux
− mv = (m0 + m)u
E
可能存在“无质量” 可能存在“无质量”粒子
(m0 = 0)
所以也没有静能
m0c2
只具有动量、能量，只具有动量、能量，无 m0 ,
pc
E = cp v v p 由v= 和 E = mc2 m 只以光速运动 ∴v = c
则：
v r c2 p v= E
1. 静能量为静能量为0.511Mev的电子具有倍于它的静能的总能的电子具有5倍于它的静能的总能的电子具有量，试求它的动量和速率。解：按题意，有： E=5m 按题意，
−13
− 8.199 ×10
−14
3）当P=0.60MeV/C时，其能量为，则有）时其能量为E，
2 E 2 = P 2c 2 + E0 (0.60MeV)2 2 = ´ c + (0.512MeV)2 2 c = 0.622(MeV)2
E=0.789MeV
7、飞船中宇航员观察到飞船正以、飞船A中宇航员观察到飞船正以0.4c的速度尾中宇航员观察到飞船B正以的速度尾随而来。已知地面测得飞船A的速度为的速度为0.5c。随而来。已知地面测得飞船的速度为。地面测得飞船B的速度的速度；飞船B中测得飞船求：1) 地面测得飞船的速度；2) 飞船中测得飞船 A的速度。的速度。的速度