物理：相对论_狭义相对论基础

第六章狭义相对论基础 主要内容:狭义相对论的基本假设 相对论时空观 洛仑兹变换式 相对论性质量和动量 相对论性能量 相对论性力和加速度间关系

第六章 狭义相对论基础 主要内容： 狭义相对论的基本假设 相对论时空观 洛仑兹变换式 相对论性质量和动量 相对论性能量 相对论性力和加速度间关系

§1力学相对性原理和伽利略变换 在两个惯性系中考察同一物理事件 伽利略变换 设惯性系S和相对S运动的惯性系S t时刻,物体到达P点yy P

在两个惯性系中考察同一物理事件 一.伽利略变换 设惯性系S 和相对S运动的惯性系 t时刻，物体到达P点 §1 力学相对性原理和伽利略变换 S P r  o  S u x o S y r   y 

S r(x,y, z, t)v(x,y, z, t) a s F'(x,y, z, t") v(,y, z',t) 正变换逆变换 s tyS u x'=x-ut x=x'tut P y=y XX 2三2 r=r+oo

正变换 x  = x −ut y  = y z  = z t = t 逆变换 t t z z y y x x ut =  =  =  =  +  S S r(x, y,z,t)  r (x  , y  ,z  ,t)  v(x, y,z,t)  v (x  , y  ,z  ,t)  a  a   P r  o  S u x  o x y S r   y  r r oo    = + 

速度变换与加速度变换 x d t 是恒量c L .=.+ 逆 d两个都 是惯性a,=4 系

速度变换与加速度变换 z z y y x x v v v v v v u  =  =  = − z z y y x x v v v v v v u =  =  =  + z z y y x x a a a a dt du a a  =  =  = − z z y y x x a a a a dt du a a =  =   =  + z z y y x x a a a a a a  =  =  = z z y y x x a a a a a a =  =  =  正 逆 两个都 是惯性 系 u 是恒量

在两个惯性系中d′=a 牛顿的相对性原理 n a F= ma SFm′aF c 在牛顿力学中: 力与参考系无关质量与运动无关

在两个惯性系中 a a    = 二.牛顿的相对性原理 S F  m a  F  S m  a   在牛顿力学中： 力与参考系无关 质量与运动无关 F ma   = F = m  a   

宏观低速物体的力学规律 在任何惯性系中形式相同 或牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 如:动量守恒定律 Sm1v1+m212=m110+m2120 s m'y'+m 10+m12v20 经典力学时空观:长度和时间的测量与参 照系无关,且相互独立、互不相关

宏观低速物体的力学规律 在任何惯性系中形式相同 或 牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变 S 1 1 2 2 1 10 2 20 m v m v m v m v     + = + S 1 1 2 2 1 10 2 20 m  v + m  v  = m  v  + m  v      如：动量守恒定律 三、经典力学时空观：长度和时间的测量与参 照系无关，且相互独立、互不相关

§2狭义相对论的基本假设 伽利略变换的困难 1)电磁场方程组不服从伽利略变换 2)光速C Ann Mundia das tamunicaeoes 迈克耳逊-莫雷的 0结果 3)高速运动的粒子 英国物理学家开尔文

§2 狭义相对论的基本假设 一.伽利略变换的困难 1) 电磁场方程组不服从伽利略变换 2) 光速C 迈克耳逊-莫雷的 0 结果 3) 高速运动的粒子 英国物理学家开尔文

爱因斯坦的狭义相对论基本假设 1.一切物理规律在任何惯性 系中形式相同一一相对性原理 2在任何惯性系中光在真空 中的速度都相同 光速不变原理 讨论 爱因斯坦 1)爱因斯坦的相对性理论是牛顿理论的发展 切物 力学 理规律 规律

二.爱因斯坦的狭义相对论基本假设 1.一切物理规律在任何惯性 系中形式相同--- 相对性原理 2.在任何惯性系中光在真空 中的速度都相同 —— 光速不变原理 1）爱因斯坦的相对性理论 是牛顿理论的发展 讨论 一切物 理规律 力学 规律 爱因斯坦

2)光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理针锋相对—革命性 3)观念上的变革 时间标度 与参考系无关 牛顿力学长度标度 速度与参考系有关 质量的测量 (相对性) 狭义相对光速不变 长度时间质量 论力学 与参考系有关 (相对性)

2） 光速不变与伽利略变换 与伽利略的速度相加原理针锋相对 3） 观念上的变革 牛顿力学 革命性 时间标度 长度标度 质量的测量 与参考系无关 速度与参考系有关 (相对性) 狭义相对 论力学 长度 时间 质量 与参考系有关 光速不变 (相对性)

§3同时性的相对性时间膨胀 1同时性的相对性一光速不变原理的直接结果,以爱 因斯坦火车为例说明 S爱因斯坦火车 A'MB S地面参考系 在火车上A、B分别放置信号接收器 中点M 放置光信号发生器 t=t=0(同步钟)M′发一光信号

在火车上 A 、B 分别放置信号接收器 t = t = 0 M 发一光信号 中点 M 放置光信号发生器 S S u A M B S 爱因斯坦火车 S 地面参考系 1.同时性的相对性--光速不变原理的直接结果，以爱 因斯坦火车为例说明 §3 同时性的相对性时间膨胀 （ 同步钟）