相对论第2讲——狭义相对论时空观、狭义相对论动力学基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,相对论,相对论,相对论第,2,讲,狭义相对论时空观、狭义相对论动力学基础,主要内容,一、相对论质量,二、相对论动能,三、动量和能量的关系,复 习,经典时空观,狭义相对论时空观,同时,时间测量,长度测量,同时、同地,同时不同地,伽里略坐标变换：,洛仑兹变换：,正,变换,逆,变 换,在,S,系,例,1,一长为,1 m,的棒,静止地放在 平面内，在,系的观察者测得此棒与 轴成 角，试问从,S,系的观察者来看，此棒的长度以及棒与,Ox,轴的夹角是多少？设想 系相对,S,系的运动速度,.,解：,在,系,例,2,设想有一光子火箭以 速率相对地球作直线运动，若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去,10 min,则地球上的观察者测得此事用去多少时间？,运动的钟似乎走慢了,.,解,:,设火箭为 系、地球为,S,系,例二,讨论,“,爱因斯坦列车,”,车头,车尾,雷电,雷电,设,：击中,车头,为事件,1,；,击中,车尾,为事件,2,。,：,：,解法,提要,正向,行驶,车头在前,同时击中,由,得,即,先,击中车头,看到：雷电同时击中车头和车尾。,若,则 看到：雷电先击中 。,逆变换：,洛仑兹速度变换,正变换：,例,3,、,飞船,A,中宇航员观测到飞船,B,正以,0.4c,速度尾随而来。已知地面测得飞船,A,的速度为,0.5c,。求：,(1),地面测得飞船,B,的速度；,(2),飞船,B,中测得飞船,A,的速度。,解：,（,1,）,（,2,）由相对性，,分析：,以地面和飞船,A,为约定系统，且地面为,S,系，,飞船,A,为,S,/,系，飞船,B,为被观察对象。,在一个物体的参考系中观测另一个物体的速率不可能大于光速,c,；,注：,(1),当,时，给出伽利略速度变换。,(2),S,中光速 在,S,系中观察,反之亦然。,(3),当,时，,而不是,当 时，,而不是,0.,(4),速度极限：,但在,第三个,物体的参考系中观测,这两个,物体的,相对速率,时，用矢量合成法则，结果可能为,2c,.,1 3 2,S,系以 沿,X,轴正方向相对于,S,运动，有静止质量同为 的,A,球和,B,球,S,系中的观察者以 沿,X,正向抛出,A,S,系和,S,系观察粘连体的速率分别是 和,一 相对论质量,当 恒定时，若 不变,则终究,impossible,!,常量,相对论承认物质世界的基本规律：,系统的,总质量,、,动量,、能量、角动量守恒定律等。,问题：,S,系中的观察者以 沿,X,负向抛出,B,两球发生完全非弹性碰撞,C,分析：,S,系,:,碰前,A,球以 沿,X,轴正向运动，质量为,B,球静止,质量为,碰后,粘连体质量为 以 运动,O,X,Y,Z,S,A,B,O,X,Y,Z,S,碰撞前,碰撞后,则,(1),S,系：,碰前,A,球静止，质量为,B,球以 沿,X,轴负向运动，质量为,碰撞后,粘连体质量 以 运动,S,O,X,Z,Y,S,O,X,Z,Y,A,B,碰撞前,碰撞后,则,(2),C,动量守恒,、并假定物体的质量仅是相对于参考系速率的函数,而与物体的运动方向无关。,用到,总质量守恒,(1)+(2),(3),洛仑兹速度变换：,(4),(3)+(4)+(1),或,(2),质速关系式,当 时，,相对论动量,当 时,动力学方程：,注：,二 相对论动能,动能定理,注：,所以,当 时,相对论能量,令,则,称为相对论,总能量,质能关系式,质能关系,预言,：物质的质量就是能量的一种储藏,例,4,、,在一种热核反应中，各种粒子的静质量如下：,求：,反应释放的能量。,氘核,氚核,氦核,中子,反应质量亏损,释放,能量,1 kg,核燃料释放能量,三 动量和能量的关系,相对论性的能量,-,动量关系,:,光子,光的波粒二象性,普,朗克常量,例,5,、,设宇宙飞船,A,和,B,，固有长度均为,l,0,=100m,，沿同一方向匀速飞行，在飞船,B,上观察到飞船,A,的船头、船尾经过飞船,B,船头的时间间隔为,t=(5/3)10,7,s,，,求,飞船,B,相对飞船,A,速度的大小,飞船,A,通过飞船,B,的全长时间即为飞船,B,通过飞船,A,的时间。故对,A,中的观察者有,即,解：设飞船,A,相对于飞船,B,的速度为,v,。对飞船,A,的观察者来讲，飞船,B,以速度,v,运动，飞船,B,的长度为,例,6,、,要使电子的速度从,v,1,=1.2,10,8,m,/,s,增加到,v,2,=2.410,8,m,/,s,，必须对它做多少功？（电子静止质量,m,e,=9.1110,31,kg,解：根据功能原理，要作的功,W,=,E,根据相对论能量公式,E,=,m,2,c,2,-,m,1,c,2,根据相对论质量公式,4.7210,-14,J,2.9510,5,eV,作业：,19.14,、,19.18,、,19.20,预习：,复习：本章,1924,年提出了量子统计方法,玻色,-,爱因斯坦统计法。,1921,年获诺贝尔物理学奖金,1905,年创建的狭义相对论,1916,年创建的广义相对论,1906,年用量子理论说明了固体热容与温度的关系,1912,年用光量子概念建立了光化学定律,1916,年提出自激发射和受激发射的概念，为激光的出现奠定了理论基础,爱因斯坦用广义相对论研究整个宇宙的时空结构,20,世纪最伟大的物理学家相对论的创始人,.,Albert Einstein,(1879 1955),1905,年爱因斯坦的五篇具有划时代意义的论文,:,