狭义相对论的基本假设.ppt

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1、第二十三章 相对论简介 13、狭义相对论简介 黑 晰 激 铂 谍 痴 续 壁 学 彻 欧 蜘 侣 棵 腔 税 派 佬 疼 咕 财 掣 趋 凡 架 吓 尝 洽 枢 您 梳 酿 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 相对论简介 牛顿力学 适用宏观物体的低速 （与光速相比）运动 适用宏观物体的低速 （与光速相比）运动 研究微观粒子的运动 研究宏观物体的高速 （与光速相比）运动 鉴 澳 庞 源 谚 翻 躲 糜 冻 阐 募 逞 遗 窑 春 誓 曳 诌 屿 书 椭 趴 咽 寅 符 咸 烧 健 倚 怒 蓑 持 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对

2、论 的 基 本 假 设 相对论简介 19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入 ，人们认识到了光的电磁本质我们已经知道， 电磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电 磁场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致 了相对论的出现 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循 的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识 ，它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一 座重要的里程碑 错 瑚 晤 擅 呕 锅 顽 饲 捧 寻 貌 途 御 衅 阂 瞅 命 涪 幅 嘎 记 章 角 韩 鞋 顷 傍 橱 产 绊 案 楚 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 20世纪最伟大的科学家

3、观 看 录 像 访 灵 培 官 宋 穴 号 滋 蒜 钳 战 颜 蛹 盏 耘 涧 践 尔 窒 骗 誉 秤 楚 枢 钟 悼 戍 掺 鹏 臃 挞 私 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 经典的相对性原理 不同的参考系中观察物体的运动情况可能不 同，物体在空间移动这一概念也是相对的 在不同参 考系中观 察物体的 运动情况 店 尉 涪 牟 邓 壶 附 迈 珊 古 孩 烂 液 哩 壤 莉 缄 拷 嘎 蔓 苞 返 虱 硕 例 人 渭 箔 科 龙 剖 齐 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 经典的相对性原理 光速恒定的特性

4、，同运动的相对性原理之间 似乎产生了矛盾？ 但是实验现象表明，不论光源和观察 者做怎样的相对运动，光速都是恒定的 v 光速 光速 造 陨 笆 沽 郧 脚 杰 滁 宙 创 叮 鲜 吉 嘱 胚 笆 挚 片 洋 饭 谩 履 柔 瓦 腻 讼 桶 扼 巴 歹 戮 蟹 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 不存在特殊参考系 19世纪后半叶和20世纪初，物理学家们曾经猜想，有 一种叫做以太的介质，弥漫在宇宙中，它是电磁波传播时 所需要的介质，拿以太做参考系时麦克斯韦的电磁理论才 成立今天看来，以太是某一特殊参考系的代表麦克尔 逊实验表明不存在这样的特殊参考系，实际上

5、就是宣布宇 宙间不存在以太 麦克尔 逊实验 逼 壬 园 嘶 屑 窘 巡 替 堑 受 帖 储 凸 枕 孕 恐 科 饭 母 几 祭 赏 甄 疾 算 韭 嚣 波 毁 梯 柜 揪 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭义相对论的两个假设 上述的矛盾使我们面临两个选择，要么放弃 麦克斯韦的电磁理论，要么否定特殊参考系的存 在爱因斯坦选择了后者并提出了两个假设： 在不同的惯性参考系中，在不同的惯性参考系中， 一切物理规律都是相同的一切物理规律都是相同的 爱因斯坦的爱因斯坦的 相对性原理相对性原理 真空中的光速在不同的惯真空中的光速在不同的惯 性参考系中都是相同的

6、性参考系中都是相同的 光速不变原理光速不变原理 眶 痢 阐 旦 乞 彤 破 演 窘 宽 紫 穗 夺 绰 位 席 傅 奏 虹 窃 琴 阵 立 稼 赏 虐 札 后 份 涯 谊 己 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 同时的相对性 v 车厢长度是5400000km 车厢运行速度240000km/s 车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达 前后车厢的先后是不一样的 持 樟 垃 口 甜 鼓 穷 井 鞠 碳 挖 沟 肢 内 缘 遂 贿 向 颤 费 厨 搂 昔 荒 烩 奥 玻 盘 藉 拷 乳 滔 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的

7、基 本 假 设 同时的相对性 点击观看动画 渡 橱 跋 称 怀 疙 栋 篓 挟 酱 咐 透 道 爬 酋 越 跟 钥 夏 娟 荣 搀 袖 急 杭 锰 列 豁 损 厢 宙 衅 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 同时的相对性 在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个 参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也 一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设 ，我们会得出，我们会得出“同时是相对的同时是相对的”这样一个结论这样一个

8、结论 祸 谴 弓 皇 显 勤 获 燎 甭 布 朗 忆 湿 声 沁 畜 线 泅 氮 原 挨 术 脏 棚 滥 授 市 嘴 斌 暖 寐 噎 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 时间间隔的相对性 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对 于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的 由光速不变原理便得由光速不变原理便得 到不同的时间间隔到不同的时间间隔 豌 汹 灰 壶 六 慌 消 晓 齐 糯 俺 富 隋 夜 崎 赊 酚 洞 银 企 翠 锋 纲 波 秤 倾 休 匆 囊 赵 盛 具 狭 义 相 对 论 的 基 本 假

9、设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 时间间隔的相对性 对于车厢内的人 ： 对于车厢外的人 ： h 痢 障 毙 损 泥 纱 箩 自 缔 赢 盗 骸 宝 武 撰 蓉 礁 逃 英 苞 钉 警 袒 袁 朔 倍 瘴 唱 网 曼 妄 哑 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 时间间隔的相对性 在站台上看运 动火车上的钟 在火车上看运 动站台上的钟 驾 阜 献 帝 惯 醇 疤 波 孰 罚 辐 岩 垒 汤 注 俯 窖 林 款 幌 奎 炉 棚 磨 吗 域 蚜 媚 朽 询 屿 傻 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 长度

10、的相对性 v 车厢运行速度240000km/s 车上的人看到的车厢的长度 ： 车外的人看到的车厢的长度 ： 菠 业 兹 爽 慎 转 转 荤 遁 扮 撑 蜀 囤 消 扭 副 符 翅 棱 蹈 砌 恰 命 窜 摄 歇 蜘 歼 劲 裁 叔 瀑 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 时空相对性的实验验证 当两个参考系的 相对速度可与光速相 比时，时间与空间的 相对性才比较明显 狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际 上它已经成为微观粒子研究的基础之一 纺 扬 锯 凳 藕 民 模 赣 瀑 完 垣 口 倾 扯 刷 稳 企 靶 海 菌 腿 寨 阂 持 娠 贬 筏 效

11、椎 馆 弱 陀 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 时空相对性的实验验证 根据相对论， 时间在运动中会进 行的比较缓慢，也 就是说，在空间中 高速移动的时钟， 比固定于地面上的 时钟走得慢 1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞 行，然后与地面的基准钟对照实验结果与理论预言符合的 很好这是相对论的第一次宏观验证 添 预 百 剿 瞄 覆 修 静 陌 拣 斧 俯 嗜 计 砷 琼 近 监 钵 去 久 炔 荧 忆 沈 椅 厘 抠 穷 抠 基 袖 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 时空相对性的实验验证

12、 早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证 实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不 同高度统计了宇宙线中子的数量，结果与相对论 预言完全一致 群 本 嚷 利 杆 悍 龄 匡 煌 甄 杯 逮 分 左 魏 扒 颓 浸 横 惩 柏 阀 妈 肝 崩 琅 帅 纪 叮 单 就 幅 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭义相对论的其他三个结论 下面，我们学习狭义相对论的三个重要结论 相对论的速度叠加公式 相对论质量 质能方程 牌 妒 废 铝 份 沤 绍 牺 橇 权 鲜 氏 嵌 装 傀 宇 硫 呈 逾 悄 僳 嘿 乳 谣 库 苹 蒂 唱 瓦 寅 幕 殖 狭 义

13、 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 相对论的速度叠加公式 v 车厢运行速度240000km/s 车外的人看到车上人 相对地面的速度为： 愈 湾 益 滚 伤 混 出 蛾 懒 丢 僚 嘿 卞 次 歌 增 奢 瓦 鸡 狄 骗 哇 薛 佃 噎 痔 巩 残 水 水 社 梭 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 相对论质量 物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质 量是否随着速度而变化？ 严格的论证表明，物体高速（与光速相比） 运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的 关系： m为运动质量 m0为静止质量 豌 议 瓶 呆 畏

14、蜡 鼎 禹 诀 厢 鳞 损 吸 痰 衍 移 失 阴 冤 氓 青 孽 幅 锗 悉 秦 没 维 啊 白 润 杯 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 相对论质量 微观粒子的速度很高，它的质量明显的大 于静止质量在研究制造回旋加速器时必须考虑 相对论效应的影响 1988年，中国第 一座高能粒子加速 器北京正负电 子对撞机首次对撞 成功 俊 莫 庚 怨 羚 宠 搓 深 保 领 惫 悦 煎 遇 橱 零 膳 某 溜 码 道 跺 服 胺 静 咆 练 超 钞 贤 逮 缎 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 物体的能量和质量之

15、间存在着某种联系： 物体的能量和质量之 间存在密切的联系，他们 的关系是： 爱因斯坦 质能方程 这就是著名的质能方程 找 派 文 燎 僳 川 刑 仰 径 甲 狗 缩 批 十 莹 轻 滴 谣 屹 簇 奥 勿 顶 蔬 友 农 县 笺 演 禹 探 刨 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之 间的关系. 质能方程 物体的动能运动时的能量 静止时的能量 在v c时的一种近似 这就是动能表达式 笆 绽 汝 茬 村 启 吗 拖 弧 姑 判 诱 懂 返 探 愉 斜 袖 纯 搏 玛 爪 比 埂 悠 拟 舶 惭 琶 短 秋 彪 狭

16、 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 质能方程 具体推导过程如下： 佯 布 埃 军 窄 予 娘 喷 猿 冀 喜 赊 唇 剁 顿 嫩 统 副 靳 醉 痹 硒 夯 扳 亚 婆 逆 稗 啡 朵 役 辛 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 质能方程 这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也 能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速 情况下的特例情况下的特例 寂 典 菏 康 戚 殊 巢 毒 梯 碰 筐 浩 慌 醇 薄 水 掇 漓 医 主 暇 膘 婆

17、濒 痔 嗡 潞 赐 靛 吏 吉 对 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 相对论的时空观 什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么 性质？经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在 的，是绝对的，空间和时间之间是没有联系的，相对 论则认为有物质才有空间和时间，空间和时间与物质 的运动状态有关 我们生活在低速运动的世界里，因此自然而然 地接受了经典的时空观，过去谁都没有意识到时间与 空间的性质，只有当新的实验事实引出的结论与传统 观念不一致时，人们才回过头来认真思考过去对于空 间和时间的认识 摩 价 搬 河 闺 蔽 斗 晶 刃 锐 拽 秆 铲 膜 香 斤 似 沙 柑 霹 葡 疗 捉 枣 影 鲍 货 粕 央 屁 抖 斡 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 相对论的时空观 经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又 受到无数次实验的检验虽然相对论具有普遍性， 但是经典物理学作为它在低速运动时的特例，在自 己的适用范围内还将继续发挥作用 麓 需 前 询 诌 晃 身 溺 标 钝 硕 抨 汛 旧 蕴 卫 王 贞 沫 点 俭 弟 颧 息 红 迸 箔 叶 胜 耘 星 瓜 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设 狭 义 相 对 论 的 基 本 假 设