相对论-大物B20.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,热学：,黑体辐射（,1899,）,量子物理,Planck 1900,狭义相对论,Einstein 1905,十九世纪八十年代，经典物理达到“黄金时代”,光学：,迈克耳逊,莫雷实验,（,1887,）,第三章 相对论,近代物理诞生的历史背景,-,世纪之交物理学六大悬案,1.,迈克尔逊,-,莫雷实验,-,寻找以太的企图失败,(1887);,2.,固体和气体的热容量,理论和实验结果不一致,;,3.,氢光谱的实验规律,(1885),4.,原子的组成及其稳定性,(1896,1897,1911),5.1887,年赫兹发现了光电效应,-,波动说之困难,;,6.,热辐射中的紫外灾难,第一个导致了,1905,年的狭义相对论,后五个问题导致了量子论的诞生,狭义相对论,不考虑物质质量对时空的影响,1905,年,论动体的电动力学,论文,广义相对论,考虑质量对时空的影响,关于引力的理论,狭义相对论,:,关于时、空与物质运动关系的理论,1879,年,3,月，出生在德国的一个犹太家庭。,6,岁学习小提琴。上学后，成绩平平，但爱动脑筋，,12,岁曾证明勾股定理。,1896,年，进入苏黎士工业大学。,童年时的爱因斯坦,爱因斯坦,(1879-1955),简介,博闻苦思，好学进取,“如果我以速度,c,追随一条光线运动，我应当看到什么现象呢？”,年轻时的爱因斯坦,16岁时,爱因斯坦就思考:,A=X+Y+Z,A-,成就,X-,努力工作,Y-,懂得休息,Z-,少说废话,成功秘诀,o,与,o,重合时，,t,t,z,z,y,y,vt,x,x,=,=,=,-,=,z,z,y,y,x,x,v,v,v,v,v,v,v,=,=,-,=,z,y,x,x,a,a,a,a,=,=,=,a,y,a,z,一、伽利略变换,:,P,(x ,y ,z,t ),(x,y,z,t,),v,z,v t,z,S,3-1,狭义相对论产生的实验基础和历史条件,力学规律在任何惯性系中形式相同。,（或：在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的。）,二、力学相对性原理,经典力学时空观,经典力学认为：质量与坐标系无关,即,即牛顿运动方程对伽里略变换是不变的。,注：,以上推导已经不自觉地对时间和空间的性质作了某些假设。,2,、时间也是与物质的运动无关而永恒地、均匀地流逝着，是绝对不变的。,1,、空间的量度（如两点间距离）与惯性系无关，是绝对不变的。,三、伽利略变换的困难,(,经典力学的困难,),1),光速,c,2),速度合成法则,实验预计：能观测到,0.37,条的条纹移动。,实际,结果：没有观测到条纹移动。,即迈克尔孙莫雷实验,零,结果。,四、迈克尔孙莫雷实验（,1887,年）,b,a,1,M,2,M,P,PM,1,=PM,2,90,0,迈克尔孙莫雷实验,零,结果意味着：,2,、电磁现象也满足物理理论的相对性原理。,1,、根本就不存在一个假想的以太参照系。,形形色色,的修补,”,以太风,”,学说,3-2,狭义相对论基本原理 洛仑兹变换,一、狭义相对论两个基本假设：,1,、,相对性原理,：,物理,学定律在任何惯性系中都是相同的。,2,、,光速不变原理,：在所有惯性系中，测得光在,真空中,的速率都是相同的。,或：,二、洛仑兹变换：,P,(x ,y ,z,t ),(x,y,z,t,),v,z,v t,z,S,1,、在洛仑兹变换下，一切物理定律的数,学表达式保持不变。,3,、光速是自然界的极限速度。,2,、,相对论将时间和空间，时空与物质运,动联系起来。,4,、在日常时间，,v,前,事件,1,：,t,1,x,1,(,),，,开枪,后,，,事件,2,：,t,2,x,2,(,),鸟死,子弹,u,四、时序与因果律,u,=,t,1,t,2,x,1,x,2,(,),(,),子弹速度,信号传递速度,所以由因果率联系的两事件的时序不会颠倒。,在,s,中：仍然是开枪在前，鸟死在后。,在,s,中：,c,v,t,1,=,2,t,1,1,2,x,1,c,v,t,2,=,2,t,2,1,2,x,2,=,t,2,t,1,1,2,c,2,),(,),1,(,0,v,u,t,2,t,1,v,c,2,u,因为,所以,，,t,2,t,1,3-4,狭义相对论动力学,一、动量和质量和速度的关系,1,、动质量公式：,讨论,（,1,）,m,:,相对论质量,m,0,:,静质量。,（,2,）,v,：,物体相对于某一参照系的速度。,（,3,）可认为质量与速度无关，等于其静质量。,（,4,）以光速运动的粒子（如光子、中微子等），它们的静质量必为零。,2,、动量公式：,牛顿第二定律的原始形式：,运动物体在恒力作用下，没有恒定的加速度。,3,、相对论中的动能,物体的动能就是使物体从静止开始运动到速度为,v,时，合外力所作的功。,力的冲量等于动量的改变量,.,相对论动能,讨论,4,、静能、总能,静能：,总能：,动能：,5,、质能关系式,6,、原子能的预言,Einstein,指出：如果使粒子系统的静质量减少 ，它就会释放出 的巨大能量。,例如：,例,2,、试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一所释放出的能量，其聚变方程为,各种粒子的静止质量为：,氘核：,m,1,=3.343710,-27,kg,氚核：,m,2,=5.004910,-27,kg,氦核：,m,3,=60642510,-27,kg,中子：,m,4,=1.675010,-27,kg,解：质量亏损为：,相应释放的能量为：,1kg,这种核燃料所释放的能量为：,这相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的,1,千多万倍！,二、能量与动量关系式,注：,存在“无质量”粒子的可能性。这些粒子具有动量、能量，但没有静质量（），即：,E=cp,结论：,一个静质量为零的粒子，在任一惯性系中都只能以光速运动，永远不会停止。,对光子：,动量,基本方程,动能,总能（质能关系）,动量与能量的关系,质量,静能,相对论动力学 与 经典力学 对比,例：一电子以,v=0.99c,的速率运动，求：,1,）电子的总能量。,2,）电子的经典力学动能,E,k,0,与相对论动能,E,k,之比。（,m,e,=9.110,-,31,kg),解：,1）,2）,1955,年,4,月,18,日，由于大动脉破裂，爱因斯坦去世,享年,76,岁。,1955,年,4,月,18,日，百年科学巨匠、物理,“,至尊,”,爱因斯坦溘然长逝；,50,年后的这一天一项最重要的纪念活动,全球,“,物理照亮世界,”,光束传递,从,新泽西州普林斯顿,开始，然后遍及世界。在这项活动中,上海崇明岛成为,“,光传递,”,中国区首站。,在这一“奇迹年”,100,周年和爱因斯坦逝世,50,周年之际，,联合国于,2004,年,6,月将,2005,年命名为,“,世界物理年,”,，这是联合国首次为一个学科确定全球规模的纪念活动，,“,光传递,”,正是此次活动的高潮之一。,爱因斯坦在总结回忆时说：“它象在爬山一样，越是往上爬，越是得到宽广的视野，并且越能显示出我们的出发点与其周围广大地域之间的出乎意外的联系。”,