大学物理15性对论省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

Click to edit Master title style,*,*,*,第十五章 狭义相对论基础,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,第六篇,近代物理学基础,理论基础：相对论，量子力学,第1页,1900,年英国物理学家,开尔文,展望,20,世纪科学：,-黑体热辐射试验,-,迈克耳逊-莫雷试验,“不过，在物理学晴朗天空远处，还有两朵小小令人不安乌云”,“在已经基本建成科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎修补工作就行了”,第2页,第十五章,狭义相对论基础,第3页,广义,推广到普通参考系包含引力场在内理论,（1915年）,相对论：,（,1905年狭义,局限在惯性参考系理论,第4页,15-1,经典力课时空观,15-2,狭义相对论基本原理,洛仑兹变换,15-3,相对论时空观,15-4,相对论动力学基础,第5页,一、力学相对性原理,对任何惯性系来说，力学现象都遵从一样规律，即,一切惯性系都是等价,船走吗?,舟行而不觉也,-西汉尚书纬 考灵曜,15-1 经典力课时空观,15-1,经典力课时空观,第6页,二,、,经典力课时空观,绝对空间,时间和空间彼此独立,15-1 经典力课时空观,绝对时间,绝对质量,-,绝对时空观,长度量度、时间量度、物体质量都与参考系无关,第7页,三、牛顿力学困难,光传到乙时间：,传到乙时间：,先出球，后击球,-先后颠倒,击前瞬间,击后瞬间,15-1 经典力课时空观,第8页,以太系,光,靠“,以太,”,媒质,传输，相对于静止“以太”，光传输速度各向同性，恒为,c,15-2,狭义相对论基本原理,洛仑兹变换,一、光速问题,旧时观点：,15-2 狭义相对论基本原理,第9页,光为横波,横波在固体介质中传输,“以太”何物？,横波波速,要求,G,(,刚性,),很大，,(,质量,),很小,问题：,15-2 狭义相对论基本原理,第10页,试验,：,测地球相对“以太”速度,-迈克耳逊-莫雷试验,以太系,以太风,15-2 狭义相对论基本原理,第11页,1881,年,迈克耳逊第一次试验，预期,1887,年,迈克耳逊和莫雷改进试验，预期,结果：,-“零结果”,1907,年迈克耳逊,因创制了精密光学仪器而取得诺贝尔物理学奖,15-2 狭义相对论基本原理,第12页,二,、,爱因斯坦两个基本假设,1905,年,爱因斯坦,在,运动物体电动力学,论文中提出假设：,(1),相对性原理：,物理定律,在一切惯性系中都是相同,-不存在任何特殊惯性系,(2),光速不变原理：,在全部惯性系中，,真空中光,传输速率都等于,c,15-2 狭义相对论基本原理,第13页,三,、,洛仑兹变换,K,系沿,x,轴以,u,运动,t,=,t,=0,：,O,和,O,重合,t,秒后：,15-2 狭义相对论基本原理,P,点坐标,第14页,洛仑兹变换,洛仑兹逆变换15-2 狭义相对论基本原理,第15页,(2),v,c,时,洛仑兹变换失去意义,-物体速度以,c,为极限,(1),洛仑兹变换中时间和空间相互联络,讨论：,(3),u,c,时：,-,洛仑兹变换转化为伽利略变换,15-2 狭义相对论基本原理,第16页,四,、,相对论速度变换,15-2 狭义相对论基本原理,第17页,同理,15-2 狭义相对论基本原理,第18页,例1,K,系,0,点发出一闪光，,1s,后同时被,P,1,和,P,2,点接收。设,K,系相对,K,系运动速度为,0.8,c,(开始时,0,与,0,重合)，求,P,1,和,P,2,接收到信号时在,K,上时刻和位置,解：,P,1,和,P,2,接收信号时时空坐标分别为,(,c,0,0,1),、,(-,c,0,0,1),K,上观察,15-2 狭义相对论基本原理,第19页,即,P,1,点在,K,中,时空坐标为,(,0,0,),同理可得,P,2,点在,K,中,时空坐标为,(-3,c,0,0,3),15-2 狭义相对论基本原理,第20页,讨论：,(1),-同时,-不一样时,(2),-时间间隔、距离长度和同时性等都是相正确,K,：,P,1,(c,0,0,1),P,2,(-c,0,0,1),K,：,P,1,(c/3,0,0,1/3),P,2,(-3c,0,0,3),15-2 狭义相对论基本原理,第21页,例2在试验室测出，电子,A,以速度,2.910,8,m/s,向右运动，而电子,B,以速度,2.710,8,m/s,向左运动。求,A,电子相对,B,电子速度是多少?,试验室,解：,设试验室为,K,系，电子,B,为,K,系,15-2 狭义相对论基本原理,第22页,A,相对于,B,速度即为,A,相对于,K,速度,试验室,15-2 狭义相对论基本原理,第23页,一,、,长度收缩,15-3,相对论时空观,固有长度,L,0,：,观察者相对于物体静止时所测量长度,K,系测量,15-3 相对论时空观,第24页,K,系,同时,测得首尾坐标分别为,x,1,和,x,2,:,即,-,长度收缩,15-3 相对论时空观,第25页,讨论：,(1),长度测量值与被测物体相对于观察者运动相关，相对静止时最长,(2),相对论长度收缩只发生在有相对运动方向上,(3),全部惯性系彼此等价,15-3 相对论时空观,第26页,15-3 相对论时空观,第27页,例3如图，有一米尺固定在,xOy,平面内，,K,系测得该尺与,x,轴成,30,o,角，,K,系测得该尺与,x,轴成,45,o,角。问:,K,系中观察者测得尺长度是多少?,K,相对于,K,系速度是多少?,解：,K,系：,15-3 相对论时空观,第28页,设,K,系测得尺长为,l,尺在,y,方向上得投影长度不变，即,15-3 相对论时空观,第29页,由长度收缩有,解得,15-3 相对论时空观,第30页,二,、,时间膨胀,固有时间,t,0,：,在一惯性系中测得该惯性系,同一地点,先后发生两件事件时间间隔,闪光,第1次,第2次,15-3 相对论时空观,第31页,-时间膨胀,15-3 相对论时空观,第32页,讨论：,(1),由相对运动参考系测得时间间隔比固有时间长，即事件改变过程时间间隔变大,(2),相对观察者动钟比静钟慢(动钟变慢),15-3 相对论时空观,第33页,15-3 相对论时空观,第34页,例4一飞船和一彗星相对地面分别以,0.6,c,和,0.8,c,速度相向而行,在地面上观察,再有,5s,二者就要相撞,问:(1)飞船上看彗星速度为多少?(2)从飞船上钟看再经多少时间二者将相撞?,解：,设地面为,K,系，飞船为,K,系,15-3 相对论时空观,第35页,(1),(2),对飞船，观察到彗星和与其相撞是在同一地点发生两个事件,负号表示沿,x,轴负向,15-3 相对论时空观,第36页,三,、,“同时”相对性,设,在,K,系,x,1,、,x,2,处,同时,发生两件事件,K,系观察,15-3 相对论时空观,第37页,(2),事件先后次序：,如：,x,2,处事件先发生,讨论：,(1),一惯性系中,同时而不一样地点,发生事件，在另一惯性系不是同时发生,15-3 相对论时空观,被观察惯性系运动方向,后方,事件先发生,第38页,(3)事件因果次序是绝正确,而,与,同号,-事件因果次序不变,15-3 相对论时空观,第39页,15-3 相对论时空观,第40页,例5观察者,A,看到相距,4m,两个事件同时发生，观察者,B,看这两个事件相距为,5m,，试问:对,B,来说，这两个事件是否同时发生?时间间隔为多少?两个观察者相对速度为多大?,解：,设观察者,A,为,K,系，,B,为,K,系，,B,相对于,A,以速度,u,沿,x,轴运动,15-3 相对论时空观,第41页,解得,15-3 相对论时空观,第42页,以速度,v,运动物体,-质量与运动速度相关,讨论：,(1),v,c,时：,(2),v,c,时：,-物体运动速度不能大于,c,15-4 相对论动力学基础,15-4,相对论动力学基础,一、,性对论质量,第43页,2.,动力学方程,二、,动量和动力学方程,1.,动量,15-4 相对论动力学基础,第44页,三,、,相对论能量,物体在 作用下位移 ，动能增量,由分部积分法,15-4 相对论动力学基础,第45页,总能量,静能,动能,15-4 相对论动力学基础,第46页,讨论：,(1),静能 ：物体内部各粒子运动及其相互作用能量,(2),动能 ：物体作为一个整体作机械运动而含有能量,时：,当,15-4 相对论动力学基础,第47页,(3),总能量：,15-4 相对论动力学基础,第48页,四、质能关系 能量与动量关系,1.,质能关系,1kg,物体静质能,1kg,汽油燃烧值,-质量和能量不可分割,15-4 相对论动力学基础,第49页,2.,能量与动量关系,平方后消去,v,可得,动质,能三,角形,15-4 相对论动力学基础,第50页,五,、,光子,2.,运动质量,1.,静止质量,m,0,=0,3.,动量,15-4 相对论动力学基础,第51页,例6静质量为,m,o,粒子含有初速度,v,o,=0.4,c,。(1)若粒子速度增加一倍，则粒子动量为初动量几倍?(2)若要使它末动量等于初动量,10,倍，则末速度应是初速度几倍?,解：,(1),初动量,当,15-4 相对论动力学基础,第52页,有,由,(2),可得,15-4 相对论动力学基础,第53页,例7两个静止质量都是,m,o,小球，其中一个静止，另一个以,v,=0.8,c,运动。在它们做对心碰撞后粘在一起，求碰后合成小球静止质量,解：,设碰后合成小球质量为,M,，速度为,V,由质量守恒有,动量守恒有,15-4 相对论动力学基础,第54页,15-4 相对论动力学基础,第55页,