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1、狭义相对论简介,两种时空观 狭义相对论的基本假设及主要结论,一、伽利略变换 经典力学的时空观,(x y z t),(xyzt),坐标：,若两坐标原点重合时为记时起点，即 t=t=0 则,结论：时间间隔是绝对的,与参照系的选择无关。,t = t,t = t,结论: 空间间隔是绝对的,与参照系的选择无关。,时间与空间彼此独立，互不相关，并且与参照系的选择无关！,经典力学时空观：,则 t2-t1= t2-t1,x2 - x1 = x2 - x1,x= x -ut,x= x ,+ut,物理定律在所有惯性系中都具有相同的形式，也即所有惯性系等价。,光速不变原理 在所有惯性系中，真空中光沿各个方向传播的速
2、率都等于一个恒量C，与光源和观察者的运动状态无关。,物理学相对性原理（爱因斯坦，1905）,二、洛仑兹变换 狭义相对论时空观,1、狭义相对论基本假设,2、洛仑兹变换式,正变换,逆变换,其中,洛仑兹变换退化为伽利略变换，即相对论包括了经典力学的内容，,（1）、在洛仑兹变换中时间和空间密切相关，它们不再相互独立。,（2）、若uc，则,讨论：,，,故,；,；,速度变换式,当 uC 时,可见，伽利略速度变换是洛仑兹速度变换在低速时的极限情况。,例1 设火箭A和火箭B相背运动，在地面上测得A、B的速度相对正东方向各为，VA= 0.9C, VB= - 0.8C，求它们相对运动的速度。,则S以速度 u =
3、-0.8C 相对于S运动，,解：,S,S,x,取火箭B为运动参考系S, 地球为静止参考系S，,X、X轴沿正东方向。,所以在B上观测到A的速度为：,在伽利略变换下，A对B为1.7C！,（1）、同时的相对性,在S系中同时发生 两个事件:,s,S,u,3、狭义相对论的时空观,t1=t2,事件2：（x2、t2）,事件1：（x1、t1）,粉笔落地,小球落地,可见同时性是相对的！只有当u C，或两事件同时同地发生时，同时才是绝对的！,（2）、物体沿运动方向上长度缩短,S:,l0,x1 t1,x2 t2,l,S系必须同时测量杆两端的空间坐标。,l0 = x2 - x1,即,S:,l = x2 - x1,l0
4、 称为杆的固有长度,可推出 l = -1 l0,例1 如图，已知米尺 l=1m, 在S系测得 =30，而S系则测出 =45，问S系测得尺长多少？S相对于S的速度是多少？,S,S,l,lx,lx=lcos30,lx= lcos45,l sin30 =l sin45,ly = ly,l =0.707m,lx= lx( 1- 2 )1/2,解得：u=0.817C,解,ly=l sin30, =u/c,ly=l sin45,（3）、时间的延缓,S系中同一地点发生两事件:,S系两事件的间隔为：,（运动的时钟变慢）,( x0 , t1 ) 和 ( x0 , t2 ),t称为固有时间。,t称固有时间。,l0
5、 称固有长度,尺缩 ： l = -1 l0 l0,同时的相对性,只有当u C，或两事件同时同地发生时，同时才是绝对的！,钟慢,回 顾,物体的 静止质量。,m,物体运动时的质量。,1、质速关系式,三、相对论的动力学基础,讨论：,（1）、若 vc ，则,（2）、,则,所以物体运动的极限速度是光速c,2、相对论动力学基本方程,3、相对论的能量,质能关系,相对论的动量表达式：,相对论动力学基本方程：,Ek=mc2-m0c2,E=mc2,静能:,E0=m0c2,总能量：,动能：,4、相对论能量与动量的关系,对光子有：,P=E/c,例5 把一个静止质量为m0的粒子，由静止加速到0.6c，需作功多少？,解：,