2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：相對論

相對論

第一講伽利略變換式 牛頓的絕對時空觀

第二講狹義相對論基本原理

洛倫茲變換

第三講狹義相對論的時空觀第四講狹義相對論的動力學(xué)

第一講伽利略變換式 牛頓的絕對時空觀

假設(shè)當(dāng)t=t′=0時兩坐標(biāo)系的原點O與O′

相重合。yxzoS一、伽利略變換(Galileotransformation)1、坐標(biāo)系的建立考慮在兩個慣性系中考察同一物理事件設(shè)慣性系S′

相對慣性系S以速度v

作勻速直線運動2、實際觀測t時刻在P點處發(fā)生任一事件伽利略坐標(biāo)變換yxZoS系

系(x,y,z,t)逆變換正變換3、速度變換與加速度變換在兩個不同的慣性系中逆變換正變換二、牛頓定律具有伽利略變換不變性因此牛頓力學(xué)規(guī)律（包括動量守恒定律、機械能守恒定律等）在伽利略變換下具有不變性,不同的慣性系表達式一樣。力學(xué)規(guī)律對所有慣性系等價——力學(xué)相對性原理在牛頓力學(xué)中慣性系S慣性系S'三、經(jīng)典力學(xué)的時空觀1、事件所經(jīng)歷的時間與參照系的選擇無關(guān)2、空間兩點間的距離與參照系的選擇無關(guān)而則3、經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀

在狹義相對論建立之前，科學(xué)家們普遍認(rèn)為：時間和空間都是絕對的，與物質(zhì)運動無關(guān)，并且時間與空間二者相互獨立而存在。

牛頓說：“絕對的、真正的和數(shù)學(xué)的時間自己流逝著，并由于它的本性而均勻地與任一外界對象無關(guān)地流逝著?！?/p>

顯然，絕對時空觀符合人們?nèi)粘５慕?jīng)驗和習(xí)慣。

“絕對空間就其本質(zhì)而言，是與外界任何事物無關(guān)、而永是相同的和不動的?！?/p>

——絕對時空觀四、伽利略變換的困難

19世紀(jì)電磁理論表明真空中光速c

是常量若按伽利略變換規(guī)律，會得出不一樣結(jié)論說明光在真空中沿各個方向傳播的速率與參照系的選擇及傳播方向無關(guān)試計算球被投出前后的瞬間，所發(fā)出的光波達到觀察者所需時間.球投出前球投出后(根據(jù)伽利略變換)

例觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球.結(jié)果

當(dāng)一顆恒星在發(fā)生超新星爆發(fā)時,它的外圍物質(zhì)向四面八方飛散,即有些拋射物向著地球運動,

現(xiàn)研究超新星爆發(fā)過程中光線傳播引起的疑問.l=5000

光年物質(zhì)飛散速度AB

理論計算觀察到超新星爆發(fā)的強光的時間持續(xù)約.實際持續(xù)時間約為22個月,

這怎么解釋?絕對參考系中光速各向同性——

c沿運動方向——

垂直運動方向——運動參考系c理論計算表明，若實驗裝置旋轉(zhuǎn)90o，干涉條紋將有3/4條紋寬度的移動，該結(jié)果應(yīng)當(dāng)能觀察到，但沒有發(fā)現(xiàn)。邁克爾遜-莫雷實驗

3

時，.

1

時間延緩是一種相對論效應(yīng).

2

時間的流逝不是絕對的，運動將改變時間的進程.（例如新陳代謝、放射性的衰變、壽命等）注意π+介子靜止時平均壽命，（衰變?yōu)棣?子與中微子），若使用高能加速器把π+介子加速到，求π+介子平均一生最長行程。經(jīng)典理論實驗室測得那么狹義相對論的時空觀

(1)

兩個事件在不同的慣性系看來，它們的空間關(guān)系是相對的，時間關(guān)系也是相對的。