物理狹義相對(duì)論第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六1、2、作業(yè)12答案第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六4、3、1000第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六2、0.5倍2倍作業(yè)題（13）第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六O2的內(nèi)能H2的內(nèi)能4．H2O的內(nèi)能作業(yè)題（13）第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六第十四章狹義相對(duì)論specialrelativity第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)基本要求第十四章相對(duì)論一了解愛因斯坦狹義相對(duì)論的兩條基本原理，以及在此基礎(chǔ)上建立起來的洛倫茲變換式.二了解狹義相對(duì)論中同時(shí)的相對(duì)性，以及長度收縮和時(shí)間延緩的概念，了解牛頓力學(xué)的時(shí)空觀和狹義相對(duì)論的時(shí)空觀以及二者的差異.三理解狹義相對(duì)論中質(zhì)量、動(dòng)量與速度的關(guān)系，以及質(zhì)量與能量間的關(guān)系.第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六19世紀(jì)末，物理學(xué)建立了比較完整的理論。經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)分子動(dòng)理論統(tǒng)計(jì)力學(xué)經(jīng)典電磁理論光的波動(dòng)學(xué)說

擴(kuò)大物理學(xué)的應(yīng)用和提高測(cè)量精度。實(shí)際情況是這樣的嗎？

NO!物理學(xué)陷入了危機(jī)，出現(xiàn)了兩朵烏云：第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)黑體輻射實(shí)驗(yàn)近代物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)相對(duì)論誕生量子理論誕生第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六列寧高度稱譽(yù)他是一位偉大的自然科學(xué)革新家。

愛因斯坦對(duì)于科學(xué)事業(yè)的偉大貢獻(xiàn)是多方面的。他的科學(xué)業(yè)績主要包括四個(gè)方面：早期對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的研究；狹義相對(duì)論的創(chuàng)建；推動(dòng)量子力學(xué)的發(fā)展；建立了廣義相對(duì)論。

1905年創(chuàng)建的狹義相對(duì)論和1916年創(chuàng)建的廣義相對(duì)論是愛因斯坦的最重要的科學(xué)研究成果，而1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)則是由于他提出了光的量子概念和發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)定律而獲得的。愛因斯坦(A.Einstein)第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六一、經(jīng)典力學(xué)相對(duì)性原理和伽利略變換式1、力學(xué)相對(duì)性原理對(duì)于不同的慣性系，力學(xué)的基本定律——牛頓定律的表達(dá)形式都是一樣的。14-1伽利略變換式牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀伽利略薩爾維阿蒂的大船在一切慣性系內(nèi)的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能確定該慣性系是靜止的還是作勻速直線運(yùn)動(dòng)的，因此要確切知道某一慣性系本身是否“絕對(duì)靜止”，則用任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不可能辦到。第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六★你跳向船尾也不會(huì)比跳向船頭來得遠(yuǎn),雖然你跳在空中時(shí),腳下的船底板向著你跳的反方向移動(dòng).★你把不論什么東西扔給你的同伴時(shí),如果你的同伴在船頭而你在船尾,你所用的力并不比你們兩個(gè)站在相反位置時(shí)所用的力更大．★水滴將象先前一樣,滴進(jìn)下面的罐子,一滴也不會(huì)滴向船尾,雖然水滴在空中時(shí),船已行駛了相當(dāng)距離.只要運(yùn)動(dòng)是勻速的，你就無法從其中任何一個(gè)現(xiàn)象來確定船是在運(yùn)動(dòng)還是停著不動(dòng)．伽利略實(shí)驗(yàn)第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六2、伽利略變換當(dāng)時(shí)與重合位置坐標(biāo)變換公式經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為：1）空間的量度是絕對(duì)的，與參考系無關(guān)；2）時(shí)間的量度也是絕對(duì)的，與參考系無關(guān).*第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六加速度變換公式伽利略速度變換公式在兩相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性系中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律具有相同的形式.*第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六相對(duì)于不同的參考系,長度和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果是一樣的嗎?絕對(duì)時(shí)空概念：時(shí)間和空間的量度和參考系無關(guān),長度和時(shí)間的測(cè)量是絕對(duì)的。牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理二、經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀注意牛頓力學(xué)的相對(duì)性原理，在宏觀、低速的范圍內(nèi)，是與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的。實(shí)踐已證明,絕對(duì)時(shí)空觀是不完全正確的。第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六球投出前結(jié)果:觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.試計(jì)算球被投出前后的瞬間，球所發(fā)出的光波達(dá)到觀察者所需要的時(shí)間.(根據(jù)伽利略變換)球投出后第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六

為了測(cè)量地球相對(duì)于“以太”的運(yùn)動(dòng),1881年邁克爾遜用他自制的干涉儀進(jìn)行測(cè)量,沒有結(jié)果.1887年他與莫雷以更高的精度重新做了此類實(shí)驗(yàn),仍得到零結(jié)果,即未觀測(cè)到地球相對(duì)“以太”的運(yùn)動(dòng).18-2

狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六一、伽利略變換的困難1)電磁場(chǎng)方程組不服從伽利略變換2)光速c——在哪個(gè)參考系中測(cè)的?真空中的光速對(duì)于兩個(gè)不同的慣性參考系,光速滿足伽利略變換嗎？第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六二、狹義相對(duì)論的基本原理1.相對(duì)性原理2.光速不變?cè)?/p>

在所有慣性系中，光在真空中的速率相同，與慣性系之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)，也與光源、觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。物理定律在所有的慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六說明同時(shí)具有相對(duì)性，時(shí)間的量度是相對(duì)的.和光速不變緊密聯(lián)系在一起的是：在某一慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在相對(duì)于此慣性系運(yùn)動(dòng)的另一慣性系中觀察，并不一定是同時(shí)發(fā)生的.長度的測(cè)量是和同時(shí)性概念密切相關(guān).第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六設(shè)t=t'=0時(shí)，O與O

'重合兩個(gè)參考系中相應(yīng)的坐標(biāo)值之間的關(guān)系18-4

洛倫茲變換第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六正變換逆變換1）與成線性關(guān)系，但比例系數(shù)。洛倫茲變換特點(diǎn)2）時(shí)間不獨(dú)立，t

和x變換相互交叉。3）時(shí)，洛倫茲變換伽利略變換。4）從洛侖茲變換，若，則為虛數(shù)說明光速是極限速度。第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六正變換逆變換兩點(diǎn)發(fā)生兩個(gè)事件第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六

例1、在慣性系中一次爆炸發(fā)生在（x,y,z,t)=(6m,0,0,2×10-8s)，一慣性參照系沿著x正方向以相對(duì)速度0.8c運(yùn)動(dòng)。假設(shè)在t=t′=0時(shí)兩參照系的原點(diǎn)重合。試求運(yùn)動(dòng)參照系中觀察者測(cè)得該事件的坐標(biāo)。第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六

例2、在慣性系S中，測(cè)得某兩事件發(fā)生在同一地點(diǎn)，時(shí)間間隔為4s，在另一慣性系S′中，測(cè)得兩事件的時(shí)間間隔是6s，試問在S′系中，它們的空間間隔是多少？第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六

例3、在慣性系S中，有兩事件同時(shí)發(fā)生在x軸上相距1000m的兩點(diǎn)，而在另一慣性系S′(沿著x軸方向相對(duì)于S系運(yùn)動(dòng)）中測(cè)得這兩事件發(fā)生的地點(diǎn)相距2000m，求S′中測(cè)得這兩事件的時(shí)間間隔？解：S:△x=1000m,△t=0;S′:△x′=2000m,△t′=?

第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六一、同時(shí)的相對(duì)性事件1：車廂后壁接收器接收到光信號(hào).事件2：車廂前壁接收器接收到光信號(hào).18-3

狹義相對(duì)論的時(shí)空觀第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六同時(shí)不同地事件2

系(車廂參考系)S系(地面參考系)事件1第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)論：沿兩個(gè)慣性系運(yùn)動(dòng)方向，不同地點(diǎn)發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中是同時(shí)的，在另一慣性系中觀察則不同時(shí)，所以同時(shí)具有相對(duì)意義；只有在同一地點(diǎn)，同一時(shí)刻發(fā)生的兩個(gè)事件，在其他慣性系中觀察也是同時(shí)的.在S系在系同時(shí)同地發(fā)生的兩事件第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六二、長度的收縮標(biāo)尺相對(duì)S系靜止在S

系中測(cè)量根據(jù)洛侖茲變換式：在S系中測(cè)量要求：t1=t2兩端點(diǎn)同一時(shí)刻位置之間的距離固有長度第31頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六討論(1)棒靜止時(shí)測(cè)得的長度叫棒的固有長度，固有長度最長。相對(duì)于棒長方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)得的長度要短于固有長度，稱為洛侖茲收縮。(3)長度沿運(yùn)動(dòng)方向收縮是一種相對(duì)效應(yīng)。在低速下牛頓絕對(duì)時(shí)空的概念(4)當(dāng)時(shí)，(2)長度只沿運(yùn)動(dòng)方向收縮。第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六例1設(shè)想有一光子火箭，相對(duì)于地球以速率v=0.95c

飛行，若以火箭為參考系測(cè)得火箭長度為15m，問以地球?yàn)閰⒖枷?，此火箭有多長？火箭參照系地面參照系解：固有長度第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六例2一長為1m的棒靜止地放在O

x

y

平面內(nèi)，在S系的觀察者測(cè)得此棒與O

x

軸成45o角，試問從S系的觀察者來看，此棒的長度以及棒與Ox軸的夾角是多少？設(shè)想S系相對(duì)S系的運(yùn)動(dòng)速度.第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢三、時(shí)間的延緩第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六S系同一地點(diǎn)B

發(fā)生兩事件在S系中觀測(cè)兩事件發(fā)射一光信號(hào)接受一光信號(hào)時(shí)間間隔B第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六固有時(shí)間：同一地點(diǎn)發(fā)生的兩事件的時(shí)間間隔.時(shí)間延緩：運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢.固有時(shí)間第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六

4）當(dāng)時(shí)，.3）時(shí)間延緩是一種相對(duì)效應(yīng).2）時(shí)間的流逝不是絕對(duì)的，運(yùn)動(dòng)將改變時(shí)間的進(jìn)程.（例如新陳代謝、放射性的衰變、壽命等.）討論

1）固有時(shí)：在某一參照系中同一地點(diǎn)先后發(fā)生的兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔叫固有時(shí)，固有時(shí)最短。測(cè)量時(shí)大于固有時(shí)?！ｎD絕對(duì)時(shí)空的概念第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六例題設(shè)想有一光子火箭以v=0.95c的速率相對(duì)地球作直線運(yùn)動(dòng)，若火箭上宇航員的計(jì)時(shí)器記錄他觀測(cè)星云用去10min,則地球上的觀察者測(cè)得此事用去多少時(shí)間？第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六

例題帶正電的介子是一種不穩(wěn)定的粒子，它可以衰變?yōu)橐粋€(gè)介子和一個(gè)中微子。當(dāng)它靜止時(shí)，平均壽命為2.5×10-8

s。今產(chǎn)生一束介子，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得它的速率為u=0.99c，并測(cè)得它在衰變前通過的平均距離為52m，問相對(duì)論時(shí)間膨脹結(jié)論與這些測(cè)量結(jié)果是否符合？解：在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得它通過的平均距離為：在實(shí)驗(yàn)室系中：第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六3）光速c是建立不同慣性系間時(shí)空變換的紐帶.狹義相對(duì)論的時(shí)空觀小結(jié)

1）兩個(gè)事件在不同的慣性系看來，它們的空間關(guān)系是相對(duì)的，時(shí)間關(guān)系也是相對(duì)的，只有將空間和時(shí)間聯(lián)系在一起才有意義.2）時(shí)－空不是互相獨(dú)立的，而是不可分割的整體.4）時(shí)間和空間關(guān)系的討論(a)若：t1=t2，x1=x2，則t'1=t'2在某一參照系中同時(shí)、同地所發(fā)生的兩個(gè)事件，在任何參照系中測(cè)量都是同時(shí)發(fā)生的。第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六(b)若：x1=

x2，t1

≠

t2，則在某一參照系中同地所發(fā)生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔為固有時(shí)，在另一參照系中測(cè)量的這一時(shí)間間隔膨脹。(c)在某一參照系中不同時(shí)、不同地所發(fā)生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔在不同參照系中觀察的兩事件發(fā)生的順序，有可能顛倒！第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六(d)因果律不變S系中先后發(fā)生兩事件根據(jù)相對(duì)論，vs不可能大于光速。有因果關(guān)系的相關(guān)事件的先后順序是不會(huì)顛倒的!第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六一、相對(duì)論動(dòng)量、質(zhì)量1、動(dòng)量的定義：2、從動(dòng)量守恒定律和孤立系統(tǒng)的質(zhì)量守恒出發(fā)，考察質(zhì)量m隨速率的變化情況

全同粒子的完全非彈性碰撞。設(shè)S'系以速度u相對(duì)S系沿x'

軸的正向運(yùn)動(dòng)，在S'系中有兩個(gè)相同的質(zhì)點(diǎn)A和B，以大小相等而方向相反的速度u和-u沿x'軸方向運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)撞后粘合成一質(zhì)點(diǎn)C。用mA和mB分別表示A、B的質(zhì)量，M表示C的質(zhì)量。14-5狹義相對(duì)論質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)簡介第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六S系中A、B的速度分別為：在S系中碰撞過程的動(dòng)量守恒表達(dá)式為：第45頁，共52頁，2023年，2月20日，星期六相對(duì)論質(zhì)量公式：討論：(1)v是粒子相對(duì)于某一參照系的速率，而不是某兩個(gè)參照系的相對(duì)速率。同一粒子相對(duì)于不同參照系有不同的速率時(shí)，在這些參照系中測(cè)得的這一粒子的質(zhì)量也是不同的。(3)當(dāng)v<<c時(shí)，m趨于m0，這時(shí)可認(rèn)為物體的質(zhì)量與速率無關(guān)，就等于靜止質(zhì)量。這就是牛頓力學(xué)討論