华中科技大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六章 狭义相对论

力学」 质点运动学 质点动力学 刚体力学 狭义相对论 华中科技大学物理系

第一篇 力

第一篇 力学

狭 第六章

第六章

第六章狭义相对论 §6-1牛顿力学的时空观 §6—2爱因斯坦时空观 §6—3洛仑兹变换 §6-4狭义相对论动力学简介

第六章 狭义相对论 §6 — 1 牛顿力学的时空观 §6 — 2 爱因斯坦时空观 §6 — 3 洛仑兹变换 §6 — 4 狭义相对论动力学简介

§6-1牛顿力学的时空观 动画 设两个参照系相对速度v:y y 且v<<C 1牛顿的绝对时空观 on (1)位移: 4=场n+Aa0 (2)速度: 长度测量的绝对性 1m=n+即:绳对相对+唪连 (3)加速度: 伽利略速度相加定律 d t po DO +y 时间测量的绝对性 若ν=常数,则4牵连=0,绝对=团相对

o o' x y y' v op r   rop    o o r   rop rop+ roo =        （1）位移： （2）速度： upo upo v    = + u绝对 u相对 v牵连    即： =  + （3）加速度： a绝对 a相对 a牵连    (u v) =  + dt d u dt d po po    = + 若v =常数，则 a牵连=0， a绝对 =a相对    1.牛顿的绝对时空观 伽利略速度相加定律 长度测量的绝对性 时间测量的绝对性 设两个参照系相对速度v ： 且 v <<C §6—1 牛顿力学的时空观 动画 1

2伽利略坐标变换 设tt=0时,S与S重合。 任意t时刻: x=x-yt 1=乙 x=x'+ut y=y 或: =2 2

2.伽利略坐标变换 或： x = x−vt y = y z  =z t =t 设 to= t´ o=0 时，S 与S´重合。 o x y y' v o' S´ x x ´ vt y y x= x+vt y= y z=z  t =t 任意 S t 时刻： 2

§6—2爱因斯坦时空观 当两个参照系相对运动的速度 ν~C,且ν=常数时: 1.牛顿时空观在高速运动领域不成立 真空中的光速: C 2.99×108m6=8.85×1012C2/N =4兀×10Tm/A C与参照系无关 按伽利略的速度迭加C=C±v 相矛盾? 2爱因斯坦相对性原理 物理规律对所有惯性系都是一样 不存在任何一个特殊的惯性参照系。 3

1. 牛顿时空观在高速运动领域不成立 按伽利略的速度迭加 C' = C ±v C与参照系无关 真空中的光速： o o C   1 = 相矛盾? 2.爱因斯坦相对性原理 物理规律对所有惯性系都是一样， 不存在任何一个特殊的惯性参照系。 当两个参照系相对运动的速度 v ~ C，且 v =常数 时： v S S' o=8.851012C2 /N1m2 o=410-7Tm/A = 2.99×108 m/s §6 — 2 爱因斯坦时空观 3

3光速不变原理 “在任何惯性系中光在真空中的速率都相等” 惯性系:凡是相对惯性系作匀速直线运动的参照系 例:太阳系、地球、FK4惯性系 4.由光速不变原理得出的有关结论 (1)同时性的相对性设如下实验 在S'系中观察: 光到达A和光到达B 动画 这两事件同时发生。 M B 在S系中观察: X 光到达A和光到达B′ X 这两事件不会同时发生!!动画 4

“在任何惯性系中光在真空中的速率都相等” 3.光速不变原理 惯性系：凡是相对惯性系作匀速直线运动的参照系 例：太阳系、地球、FK4惯性系 4. 由光速不变原理得出的有关结论 （1）同时性的相对性 设如下实验： y y' x x ' A' M B' v o 在 S' 系中观察： 光到达A'和光到达B' 这两事件不会同时发生！！ 光到达A'和光到达B' 这两事件同时发生。 在 S系中观察： 动画 动画 4

结论 1沿两惯性系相对 运动方向发生的 两个事件,在其 中一个惯性系中0 表现同时,在另一惯性系中观察总是在前一惯性系 运动的后方那一事件先发生。 20对不同参照系,同样两事件之间的时间间隔是不 同的。 即:时间量度是相对的,并且与相对运动速度有关。 S相对S系的速度越大,在S系测两事件的时间 间隔就越长。 相对论效应之一:同时性的相对性

1 0 沿两惯性系相对 运动方向发生的 两个事件，在其 中一个惯性系中 表现同时，在另一惯性系中观察总是在前一惯性系 运动的后方那一事件先发生。 2 0 对不同参照系，同样两事件之间的时间间隔是不 同的。 相对论效应之一：同时性的相对性 结论 y y' x A' M B' v o 即：时间量度是相对的，并且与相对运动速度有关。 S'相对S 系的速度越大，在S系测两事件的时间 间隔就越长。 5

(2)时间膨胀(运动的时钟变慢) 设S系中,A'点有一闪光光源在Y轴放一反射镜。 在S′系看: Y 两事件时间间隔: 动画 4r=2d 在S系看: 动画 At=2L=-7 显然:∠1>∠tC A OC X 6

（2）时间膨胀（运动的时钟变慢） 设S'系中, A'点有一闪光光源, 在Y' 轴放一反射镜。 Y Y' A' d 在S' 系看： C' 两事件时间间隔： Y C C L L X' X X' X 在S系看： c d t 2   = c L t 2  = ( ) 2 2 2 v t L= d +  显然：t t ( ) 2 1 2 c v c d − = Y' d A' 动画 动画 6