狭义相对论基本原理-洛仑兹坐标变换式.pptx

5-2 5-2 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 洛仑兹坐标变换式洛仑兹坐标变换式洛仑兹坐标变换式洛仑兹坐标变换式1.1.1.1.狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理1)电磁场方程组不服从伽利略变换电磁场方程组不服从伽利略变换2)光速光速c是常量是常量不论从哪个参考系中测量不论从哪个参考系中测量迈克耳逊迈克耳逊莫雷（莫雷（MichelsonMorleg）实验）实验以伽利略变换为基础来观测地球上各个方上以伽利略变换为基础来观测地球上各个方上光速的差异。由于地球自转，据伽利略变换，地光速的差异。由于地球自转，据伽利略变换，地球上各个方向上光速是不同的，在随地球公转的球上各个方向上光速是不同的，在随地球公转的干涉仪中应可观测到条纹的移动。干涉仪中应可观测到条纹的移动。迈克耳逊迈克耳逊莫雷实验没有观测到预期的条纹莫雷实验没有观测到预期的条纹移动，称为移动，称为零结果零结果，说明光速不变。，说明光速不变。牛顿力学的困难牛顿力学的困难 爱因斯坦提出：爱因斯坦提出：（1）一切物理规律在任何惯性系中形式相同一切物理规律在任何惯性系中形式相同 相对性原理相对性原理（2）光在真空中的速度与发射体的运动状态无关光在真空中的速度与发射体的运动状态无关 光速不变原理光速不变原理1)爱因斯坦爱因斯坦的理论是的理论是牛顿牛顿理论的发展理论的发展爱因斯坦相对论适用于一切物理规律。爱因斯坦相对论适用于一切物理规律。牛顿理论适用于牛顿理论适用于力学规律。力学规律。狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理注意：注意：2)光速不变与伽利略的速度相加原理针锋相对光速不变与伽利略的速度相加原理针锋相对3)观念上的变革观念上的变革牛顿力学牛顿力学均与参考系无关均与参考系无关狭义相对狭义相对论力学论力学长度、时间测量的相对性长度、时间测量的相对性（与参照系有关）（与参照系有关）光速不变光速不变速度与参考系有关速度与参考系有关(相对性相对性)时间标度时间标度长度标度长度标度质量的测量质量的测量 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理2.2.洛仑兹坐标变洛仑兹坐标变洛仑兹坐标变洛仑兹坐标变 换式的推导换式的推导换式的推导换式的推导问题：问题：寻找寻找对同一客观事件对同一客观事件两个参考系中相应的两个参考系中相应的坐标值之间的关系坐标值之间的关系重合，且在此发出闪光。重合，且在此发出闪光。经一段时间光传到经一段时间光传到 P 点（事件）点（事件）在约定的系统中，在约定的系统中，坐标变换式坐标变换式正变换正变换 洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换由客观事实是确定的：由客观事实是确定的：对应唯一的对应唯一的设设根据上述四式，利用比较系数法，可确定系数根据上述四式，利用比较系数法，可确定系数 洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换推导：推导：狭义相对论狭义相对论牛顿力学牛顿力学有有在在 u c 情况下情况下由光速不变原理：由光速不变原理：洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换令令则则正变换正变换逆变换逆变换 洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换正变换正变换讨论讨论伽利略变换伽利略变换2)u c,1变换无意义变换无意义速度有极限速度有极限1)时间时间 与与 均有关，均有关，为时空坐标；为时空坐标；洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换例例题题5-1 甲甲乙乙两两人人所所乘乘飞飞行行器器沿沿X 轴轴作作相相对对运运动动。甲甲测测得得两两个个事事件件的的时时空空坐坐标标为为x1=6 104m，y1=z1=0，t1=2 10-4 s；x2=12 104m，y2=z2=0，t2=1 10-4 s，若若乙乙测测得得这这两两个个事事件件同同时时发发生生于于t 时时刻，问：刻，问：（1）乙对于甲的运动速度是多少？）乙对于甲的运动速度是多少？（2）乙所测得的两个事件的空间间隔是多少？）乙所测得的两个事件的空间间隔是多少？洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换解：解：（1）设乙对甲的运动速度为）设乙对甲的运动速度为 ，由洛仑兹变换，由洛仑兹变换可知可知,乙所测得的这两个事件的时间间隔是乙所测得的这两个事件的时间间隔是按题意，按题意，,代入已知数据，有代入已知数据，有洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换由此解得乙对甲的速度为由此解得乙对甲的速度为根据洛仑兹变换根据洛仑兹变换可知可知,乙所测得的两个事件的空间间隔是乙所测得的两个事件的空间间隔是洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换由此解得乙对甲的速度为由此解得乙对甲的速度为根据洛仑兹变换根据洛仑兹变换可知可知,乙所测得的两个事件的空间间隔是乙所测得的两个事件的空间间隔是洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹变换