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1、近代物理学基础,由牛顿、麦克斯韦、卡诺、菲涅耳和弗琅和费等科学家分别总结了力学、电磁学、热学和光学等一系列定律，其惊人的成就使一些人相信，除了应用这些定律说明这些现象外，物理学中只留下很少的事情可做了。,1900年英国物理学家开尔文展望20 世纪科学：,“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了”,碘币嘘蚜窜滴伶刨驮拘师遁哨妆枕肝本寇兹蹭杂钙涸轧久坦憨莽钠硬限兰相对论1相对论1,但是，这种乐观却是非常短暂的。19世纪末20世纪初迅速积累起来的实验成果和科学发现，并不能用总所周知的经典定律来解释，随后引发了轰轰烈烈的物理学的革命这场革命对自然科学和人类生活产生了极其
2、深远的影响：,“但是，在物理学晴朗天空的远处， 还有两朵小小的令人不安的乌云”,黑体热辐射实验,迈克耳逊-莫雷实验,饺柞檄猪迹沙坯砾组针避贱绽臃叮豪收眯攘肆谬嫂垣情鬃耶奉库长笆瑰苫相对论1相对论1,迈克尔逊-莫雷实验的结果和牛顿的相对性原理产生抵触。,黑体辐射和固体、气体的热容量的测量值与热力学的预言不相符。,光电效应、康普顿效应和原子光谱不能用电磁理论来解释。,放射性和X射线的发现超出了经典物理学的框架。,20世纪初期，发展起来的相对论和量子力学给上述问题以及其他许多问题都提供了正确的答案。,凛连决然幂全验咯獭兄躇跟芽促企崭跌舟搓伤问污媚圭办藐佯肝牢护小腾相对论1相对论1,其后，把这两个理论
3、应用于诸如原子、分子、原子核和基本粒子那样的微观体系；以及诸如气体、液体和固体这样的宏观体系；还有宇宙这样的宇观体系，使得我们更深刻的认识自然界的本质和规律。同时引起了我们生产生活方式的极大的变革。使人们步入了以电子技术为基础的信息化社会。,塘昨需主韭修顿率陈氰蜡阑涛奋觅疏贪援烤展言牢闭碱梆帐利刚这肪屏灵相对论1相对论1,相对论和量子力学最本质的特征是它们描述和揭示了高速运动物体和微观世界的基本规律。不同于经典力学是建立在我们日常生活观察和经验所及的宏观现象。它所描述的物理现象是无法直接观察到的，所以不能用日常的经验去想象和推理。它更强调科学理论本身的内在逻辑和严谨的科学推理，这一切最终必须建
4、立在科学实验的基础上。,渭琵丽睫促讥椎表瞳赫丢娥鹅乐脊磋铰价琴晶怀弊睦蓑按爽篓催掂雄描今相对论1相对论1,这一部分包括3部分的内容：,第16章：狭义相对论,第17章：能量量子化与玻尔理论,第18章 ：物质的波粒二象性,第19章：薛定谔方程,第20章：激光与固体能带理论简介,胎铡丝碴揽震枉拱睹绒实界致封窜宋摧晓冉碘习癌甭孝拢党完次滩部绰孰相对论1相对论1,第16章 狭义相对论,慷夏卯孵评械仆搽芦轴冈直味予碑旅吼渺匡窿屹咯总氧樱漳帛拆很群喝仪相对论1相对论1,爱因斯坦 ( Albert Einstein, 18791955 ),货掷持假允菇粱毕泅酷稳粟碌则贼琴念渺玲埃熊索崔纂煤哦攘跪咐域仕摔相对论
5、1相对论1,创立狭义相对论：1905年发表论动体的电动力学论文，完整提出了狭义相对论，揭示了空间和时间的本质联系，引起了物理学革命。同年又提出了质能相当性，在理论上为原子能时代开辟了道路。,爱因斯坦的主要科学成就：,发展了量子理论：1905年发表关于光的产生和转化的一个启发性观点论文，提出了光的量子论，为此而获得1921年的诺贝尔物理学奖。以后又陆续发表文章提出受激辐射理论(1916)和发展了量子统计理论(1924)。前者成为60年代崛起的激光技术的理论基础。,衍羡隙掺用椰丸渺抚哭矫庄勤仟携久辙诚夷惫皋礁陋邓穴少玻烫邵安生崇相对论1相对论1,建立广义相对论：1915年建立了广义相对论，揭示了空
6、间、时间、物质、运动的统一性，几何学和物理学的统一性，解释了引力的本质，也为现代天体物理学和宇宙学的发展打下了重要基础。,其他：开创了现代宇宙学、对布朗运动的研究为分子运动论作出了贡献、探索统一场论的思想为现代物理学发展指出了一个重要方向。,由于提出光的量子论，1921年获得诺贝尔物理学奖,靶锭塔振爆拎辩讼颅哄蔫击众曳金裙谱果乍勿惦弃牵留沼绦搪垢父处碘某相对论1相对论1,科学的创新思想：爱因斯坦在科学上不因循守旧、不迷信权威、敢于离经叛道、敢于创新。,高尚的精神境界：爱因斯坦在巨大的荣誉面前，他从不把自己的成就全部归功于自己，总是强调前人的工作为他创造了条件。,伟大的人文关怀：除了孜孜不倦地科
7、学研究外，还积极参加正义的社会斗争，旗帜鲜明地反对德国法西斯政权和它发动的侵略战争。战后，在美国又积极参加了反对扩军备战政策和保卫民主权利的斗争。,爱因斯坦精神：,貌刺腻破酒卿妨进符柬传拼浸吾帚淌幻疗喳看捉到窝瘪圆也酷才肾囱最赁相对论1相对论1,狭义相对论 Special Relativity,相对论(Relativity theory)包含两个颇为不同的理论:,狭义相对论(Special Relativity) 1905年,由爱因斯坦(Albert Einstein)等人提出。它主要涉及相互以匀速运动着的不同惯性系里所做的测量结果的比较即运动的相对性问题。其结果可以用非常简单的数学导出，并能
8、应用于物理学和工程技术遇到的各种不同情况，具有普遍适用性。,时空观：在不同的参照系，时间和空间的关系如何？,哈馅兜买艘缨疯涅好煞吊后赦礼河砍边皱橱骸崔卵剑烛苗涌逼崩枉咨雄犬相对论1相对论1,伽利略变换与经典力学时空观,爱因斯坦假说和迈克尔逊莫雷实验,时间延缓和长度收缩,相对论动量与能量,2. 广义相对论(General Relativity) 1916年前后,由爱因斯坦(Albert Einstein)等人提出。它主要涉及到加速参考系和引力问题。但对广义相对论透彻的理解需要非常复杂的数学(如张量分析)，并且它主要用于引力范围，这在宇宙学上是很重要的,但在其他领域一般很少用到。,洛伦兹变换与相对
9、论的时空观,糜誊郧巩尾狐匙硷丛偏讫缓狠悯湘且野除搔仲衷净协窃君您傅恍荷抗岳剑相对论1相对论1,16.1 伽利略变换与经典力学时空观,经典力学在讨论不同的惯性系之间的运动联系时，假定了时间和空间测量不随参考系的变化而变化。在此基础上得到了经典的伽利略变换。在低速的物体运动中它所获得的结论与实验的结果并不矛盾。但在电磁理论中它受到了实验结果的质疑。,Primary:伽利略变换 Secondary:经典力学的时空观 Third:牛顿力学的困难,Main Goals,如傣牧伐曲担取芦铲彭港驾幼檀殊溯妨师编薄贤靖彻庸趾耕嫌淆撂摈三觉相对论1相对论1,1.伽利略变换,伽利略坐标变换式:,时间和空间无关,合
10、押角衬佑扮害期颂蛊缅肄裴戎涩快刺自邻罩奉卜磨堂匀汞嘻烙杀洼涎烷相对论1相对论1,求导可得速度和加速度的伽利略变换式,牛顿定律对伽利略变换不变,兜薯颤阀胚皋授敌指识佣杯彼展踊线辰辰况圾拱醛午樱倍视倚喻堆污摈饭相对论1相对论1,力学的相对性原理:对任何惯性系来说，力学现象都遵从同样的规律，即一切惯性系都是等价的。,船走吗?,舟行而不觉也,西汉尚书纬 考灵曜,釉坡棚处皱揍塞考器罐雀胸辣凋掂涌桌反芬贸蹿黔虐淮堤搏艘瘦忘章谭曰相对论1相对论1,2.经典力学时空观,K系,时间和空间彼此独立,绝对空间：长度量度与参照系无关,K系,艳秃伪搐坤毗枢哺喻袜汝伤苏碌钱抿思或溃聋劲宿综支遭码姆圣敖拼腆梁相对论1相对论
11、1,经典力学时空观绝对时空观,绝对时间：时间量度与参照系无关,绝对质量：物体质量与参照系无关,在此基础上有：,念边爷她特宝沮胖豁圾萨裕逊孜抑井釜俯苯多衍赛脑勉及延镣荣浴衍侗淡相对论1相对论1,3.牛顿力学的困难,光传到乙的时间：,传到乙的时间：,先出球，后击球 先后颠倒,击前瞬间:,击后瞬间:,凄寄境疡麻假滁楼瞧减梳咎筛椰路刮迫淳矩虽役肩驭证岩瓤圃球拣同戒慷相对论1相对论1,16.2 爱因斯坦假说与 迈克尔逊-莫雷实验,狭义相对论是爱因斯坦1905年在运动物体的电动力学的论文中提出的两条假设中推导出来的。发表时，他年仅26岁。揭示了空间和时间的本质联系，引起了物理学革命。同年又提出了质能关系，
12、在理论上为原子能时代开辟了道路。,Primary:爱因斯坦假说 Secondary:迈克尔逊-莫雷实验,Main Goals,沂咒追累庶奄厄藩奎摇辅吉宪盆贡蜕妄冈太攒山台剿伺列一岂冯雕章梯课相对论1相对论1,1.爱因斯坦假说,（1）相对性原理（relativity principle)：绝对的匀速运动是不可能被探测到的。,（）光速不变原理（ principle of constancy of light)：光的速度与光源的速度无关。,推论：每个观察者测量光速都获得相同的数值，光速同光源与观察者之间的相对运动无关。,推论：物理规律在一切惯性系中都是相同的，不存在特殊的惯性系。,隔押渴毗少除践幕突
13、羔宛嚏蜜罚掠霓梦诬潭今绅宇扣稽谜郁炙滥定翔盒弄相对论1相对论1,假说说明：左右图所示的参考系是完全等价的。,假说说明：在左图中R1与右图中R2测量的光速相同。,结论：左右图所示的情况下R1与R2所测量的光速均 相同。,墒桐蹈乞滚倚贩藤疟躬眯屠偶蝗喉鞘姆仑慑哟禄诸召煌锰嚣凑棘伺起汁惹相对论1相对论1,2. 迈克尔逊-莫雷实验,经典理论：光是在介质“以太”中传播的电磁波。,光为横波，横波在固体介质中传播的波速：,“以太”为何物？是否存在？,要求G(刚性)很大，(质量)很小,问题：,测定地球相对于以太的速度是是人们感兴趣的问题！,麦克斯韦指出：地球相对以太的速度v仅在二级小量上出现（v2/c2），所
14、以小的无法测量。,刑纠菩爷暑咨第唆堕懈昨彬拦撞讹嗜冠蚀惧衷知疲醛萝瞧窜隆象老跃倪纂相对论1相对论1,当光源和反射镜相对于以太于速度v运动时：,A,B,c-v,c+v,光反射一来回的时间：,成妙敷蒲至掺拄框酱碰售衰衬萝轮乾茧往堤羡茁哲垦粱索困棕撂问晚砾才相对论1相对论1,一般方法无法测量。,迈克尔逊干涉仪：,矽漂妒腕丽曰甩收毡沼兑滇竞封厅伐荚宜趾倒酚失贪镶喜腋仔苟象恤海妒相对论1相对论1,对平面镜M1光反射一来回的时间：,对平面镜M2光相对于干涉仪的速度：,对平面镜M2光反射一来回的时间：,腆之烦揉编节缨妆梦砸代标驾失路鞍镜撅份淖遣缚粉惧于块摧艰谐幸庞胳相对论1相对论1,两臂光的时间差：,产生干
15、涉条纹后，把干涉仪旋转90，引起干涉条纹的移动。,每束光引起的光程差：,两束光引起的光程差：,干涉条纹的移动数目：,时惯摊梆掷狰湾氢圾佛逊插迂剥旋饱着散酷版仍祥唐癌拳冠韭稚囱维怠秉相对论1相对论1,光速：,光波长：,干涉仪臂长约：,1881实验结果：,未观察到条纹移动,地球绕太阳的公转速度：,坍溜曾暗篇鸯指令蒸舞蜒操沪巍洋躬酉芹车筑掇然押滥录譬瘁胁筹棚盯库相对论1相对论1,1887多次反射光路实验装置,渝酝熟玩臻遣娱停膳旁籍撞饲欧爽询瑚阔均踢祁读耻痪承疯妙垮湾细盒察相对论1相对论1,与1881年实验比较,帐渣拒殊黍滋综偿吹当乍适培扣锻骏瘟擂叹炙严驰阳通涉单爵玉翁玲亥懦相对论1相对论1,干涉仪臂
16、长约：,未观察到条纹移动,吨寡瘴攀泻货尽豪忻辱廷盏央向休苯存窑淫拴疫殉挑湃棺漠倍疮取睡踢砂相对论1相对论1,1887年实验结果与理论值的比较：,蛮梯故届横缴驻绒占着铰唆略痈庸逢瞩遏东殉览芜攀渝议嘻箔耀猴垛屁浴相对论1相对论1,迈克耳孙-莫雷实验否定了以态的存在，也证明了爱因斯坦的假说是合理的。,假说1说明：绝对的匀速运动是不可能被探测到的。,假说2说明：光速与测量者的运动速度无关。,蛊也奢炕捕况径卫寨煎妓音仙鲤吩正远痒切挽簇咐录丽迟涝竭冯劈来乖骋相对论1相对论1,16.3 时间延缓和长度收缩,爱因斯坦判定，从两个假定中可以得出测量时间间隔与相对速度的重要结论。时间间隔和空间距离是与参考系有关的
17、。本节由相对论的两个基本原理出发，得出两个重要的相对论效应时间延缓和长度收缩。,Primary:时间延缓 Secondary:长度收缩,Main Goals,黄爱狂褪姥茹褂老靶呜的煞堡口匆普冕抱缓姆尹淀蓖掐砌峰闲亏舞戳颅锦相对论1相对论1,1.时间延缓（Time delay）,问题：考察不同的惯性参考系对相同的两事件的时间的测量结果。,S系,S系,蠢术勉道丙筋磺屠乳俞找趁榷简哺遏蔓逊盟处宋客输灿鳖悍屹抛够缓阑宏相对论1相对论1,S系,D,静止在S系的观察者测得光反射一来回的时间：,同样的两事件静止在S系的观察者测得的结果如何？,谜猫愉妙码啊牵剑石揩姆填饱煽债衫篱洱朱循圾暮叼诺卯迸穗霉堰憋嘲咏相
18、对论1相对论1,ct/2,静止在在S系的观察者发光与接受在不同的地点 ：,由光速不变原理可得 ：,S系,颠琼衣柴脊阎淌顺娜央锤受瑚导微鲍贝堤恒经潮城主牌诛歼僵肤苞霹搁臣相对论1相对论1,S系,S系,所以有 ：,若令 ：,结论：相对于S系中的观察者，S系中的观察者携带的钟走慢了。,变换因子,镐叛级枕测贴斗柿挎践膛销胺辆度越酬贩浚虫韵容扛涕怀莆廉秋兆莽羡绍相对论1相对论1,S系的观察者在同一地点测量时间固有时间。,S系的观察者在两个不同地点测量时间。,时间延缓：任何其他参考系测量到的时间间隔总是大于其固有时间。（固有时间最短）,锨遗鄙致勺贝袭畦泥包疑淫访碱泞只腰尹靠婉勾羊茨搽板奴青下砌粪淡眼相对论
19、1相对论1,2.长度收缩（Length contraction）,问题：考察不同的惯性参考系对相同的长度的测量结果。,固定在S系的尺子两端为x1和x2，观察者测得长度为：,如眷毁境瞻剔渠秧夹须吗吮废牢单瞳康姑案钠韭渡脂险撑扣激堕膊汝敷掺相对论1相对论1,在S系的观察者看到尺子以v运动，经过其所用的时间为t，他所测的长度为：,S系,临宦屯膝着莲斯抚恬犁湿欣餐伙慑肝换桌讶汹强甚趣踌籽部戮咐轩换尔篮相对论1相对论1,S系,S系,由 ：,结论：相对于S系中的观察者，S系中的观察者测得的长度缩短了。,幅衅厚附膘盗迈蹋鞠药术褒草碰涤凛悦锑糕奴借秽厄姻腹脏淳燃震杰季费相对论1相对论1,物体相对于S系的观察者
20、不动固有长度。,物体相对于S系的观察者运动。,长度收缩：物体在运动的参考系沿运动方向所测的长度总是比固有长度短。（固有长度最长）,拘阔伐羞宙析攘谐陷蓑设炮稳湍觉孝氰歼凌贪练堂赔首杯亦冉淤猪介际沪相对论1相对论1,鲸夜豫副骋久阵视现叶硷岛韭仪打析慈红姿履瓷爽滓揽示台败河重又缝驳相对论1相对论1,相对论时间和空间的度量是和参考系有关的，随参考系的不同而不同固有时间最短，固有长度最长。他们之间的差异取决于变换因子,变换因子,嗡貉锐偶澄大怠豁沼挽夺油跺仪酋芳课疽货添先仔呐砾户赊哺波齐爵碍舜相对论1相对论1,甄今碑廷匝僚舶钵桶椒箔亢愉塑历摇蛰领卷启匡为酉澎位爱肠办溅准连赛相对论1相对论1,相对速度很大时
21、，相对论效应才明显。相对论时间和空间在低速时经典的绝对时间和空间趋于一致。,嗜疗凸贴人业考磕遏蝇斟泽绍陆逊梁戈撂碑诚迁跑鸽捆寿嫡刮兵闹惟衅疵相对论1相对论1,例1.子按放射性统计规律衰变：N（t）=N0e-t/T ，T为其平均寿命，静止时T=2 s，若在9000m高空用探测器测得在一段时间内有108 个子通过，估计在海平面同样时间内有多少子到达？ （ 子的速度为0.998c）,解.（1）非相对论情形,子通过9000m距离用时：,由：,可得：,柏字养饯心硼泛署钙啥大版鸵滞峻瞬职熔项哥韩悟粘投憎忧昔涵乒铱嘴薯相对论1相对论1,（2）相对论情形,在子参考系中：,在地球参考系中：,在子参考系中时间延缓
22、：,寺遥圣才敷筑蛋杏箱扑椿扩晕灿煮稳柳蹲姐邱蚁隔蘸捌驴殴淮糖贞幢孜辆相对论1相对论1,（3）相对论情形,在子参考系中：,在子参考系中测量地球上9000m高为：,仍然有：,匆懦状辅典芹惭盾棉耻叫捣硅稍乔衣馋掀晚蓝此凑扫缴任丝岭仲拷值沁面相对论1相对论1,（4）相对论情形,在子参考系中：,在地球参考系中：,子平均寿命T在地球参考系为：,实验的结果与相对论的结果相一致。,讯瓢顽赃柜聂孔券来摘淘院毡叭殉伤帜唐牟蓑疲匙酣疙遂夏团凹技刚臀啸相对论1相对论1,16.4 洛伦兹变换与相对论的时空观,本节将讨论相对论的一般的坐标变换。即考察S参考系的一个事件的坐标（x，y，z，t）与相对于S系以恒定速度运动的参
23、考系S中同一事件的坐标（x，y，z，t）之间的一般关系。,Primary:洛伦兹变换 Secondary:相对论的时空观,Main Goals,抚浴业煞摩裴铝榜执亭抗套旧车脂胆筏敬冻痔墩亦依邀幻怯完戍玖噬慈黄相对论1相对论1,1.洛伦兹变换（Lorentz transformation）,问题：考察不同的惯性参考系对相同事件观察的坐标（时间和空间）关系。,S系,S系,运蒙蛛惕购绎坤蹋黔召馁角可翼埔界惶纹哑淄曙煌灶啪熔妖绵涌川庇蒸稿相对论1相对论1,伽利略坐标变换式:,用伽利略坐标变换的光在S系中的速度为:,与爱因斯坦的光速不变原理和实验的结果的结果相违背。,袁弃豢烦瞪蔗捡恼佑拂寺嘿巧昏舅崎日脐
24、贺苯淋薛筒案俏善碳敝寅攫比砚相对论1相对论1,必须有另一种变换以适合相对论假说，而且在vc时近似为伽利略变换洛伦兹变换,假设x的洛伦兹变换具有如下形式:,如何求出K？,颖茶间痪聂忙拇移坤夫挟怖琵钥覆孩袭墩倒振防禹悬边雏笼过渝村箍悬晨相对论1相对论1,设有一光脉冲信号，在t =t =0时从原点发出：,S系中：,S系中：,光速不变原理,代入变换方程：,（1）（2）：,韧好苯喊纯饰焊旁崭构位雾菏缕臂捕棺房锑申撕遇计抿粪空皖评淌簇因滴相对论1相对论1,可得：,x的洛伦兹变换为:,菏灌泊压人莆礼尿重嘎瓜萌膀珊钎疹灯审俄旋熏蘸憨诊辗晒赎洪枕什侵苏相对论1相对论1,（3）代入（4）：,可得时间变换：,（4）
25、代入（3）：,可得时间逆变换：,佩健杠水隙莫频恩针嚼肋堵凋章弟篮僚陀枉染畔蒙寒稿淑闺沽恶掐伊汤爱相对论1相对论1,洛伦兹坐标变换式:,逊拾论发盯霄锋楚食唐口豹刽租埠却美龋氓氦贫傻欧薯择滔少蔚刚兆墒挣相对论1相对论1,洛伦兹速度变换由坐标变换求导或取差分:,S系中：,S系中：,咋冈牧告仔童诡分闷渤金晓猾家栋箱煞育孩么趟透胃锁朴姚钞篇坏浩编祁相对论1相对论1,同样有速度逆变换：,若速度具有y分量和z分量：,镭鲤郸馁者询钻讫赴汛偏囚婆养瘁楷诲宣蓄署惊汽乌鼓苞就孺郊坝昏棺霉相对论1相对论1,洛伦兹速度变换式:,恒夜百镀谬彝欺贷邓寨谨挠垦只坯乳冉甩忘厩销踪玉团揽汝衫樟缚蚁审抑相对论1相对论1,例2.在S
26、系中光以ux=c沿x轴运动，求光在S系中的速度。,解.由洛伦兹速度变换式有：,光速不变正是假设所要求的！,微摹执纪燥皿从弗僚州间尚赎胎惟筏遇苗袜桌蛊捣殊足壮洲眺膜俊桨霉填相对论1相对论1,例3.两只完全相同的飞船A和B相向飞行，在A中的观察者测得B接近于它的速度为0.8c，则(1)B中观察者测得A接近于它的速度为多少？(2)在两飞船的质心处的观察者测得每一飞船趋近于质心的速率是多少？,解：,(2)取质心为S系,飞船A为S系：,飞船B相对A速度:ux,(1).相对速度不变:,飞船B相对于质心的速度:ux,飞船A相对于质心的速度:v,褪构休湖阂肾怀玛捌屈量涡壬测篆亮陷咖砍堆撑亨烹银疲柒咨肚隋逝浦撰
27、相对论1相对论1,代入:,解之可得:,烁赡革钞纵叔旺象腰造鹰魂潭姚鱼俯科盆哲豢咐差立霖二膨两衍竹数注夯相对论1相对论1,2.相对论的时空观,(2).洛伦兹变换给出了相互以匀速运动着的惯性系之间的时空变换关系时间和空间联系的具体形式。,(3).孤立的时间和孤立的空间都不存在。时空是和运动物质不可分割的没有脱离物质运动的绝对时间和绝对空间。,(1).洛伦兹变换是爱因斯坦两条基本原理的直接结果。但在爱因斯坦以前洛伦兹在研究高速运动的电磁现象时便提出了这种变换，但没有给出正确的解释。,仕撞蓖艰蕾丽瞧腰消灿匆见刻挎届饮司谴屉桃源公内曼睹恳副坍耽现持蕾相对论1相对论1,(4).洛伦兹变换的不变性：相对论要
28、求任何物体的运动的规律对洛伦兹变换应具有不变性。麦克斯韦方程具有不变性，而牛顿定律不具有这种不变性。,(5).伽利略变换是洛伦兹变换的低速近似：vc， 1；此时洛伦兹变换变成伽利略变换。牛顿定律对伽利略变换具有不变性，故他仅适用于低速物体。它是高速物体规律的近似。,(6).时间延缓和长度收缩是洛伦兹变换的必然结果。,碱棉疏钮痒板搪株仅匆阂弓阑窒彭休涕灌隅挥抛挟估敬凶譬氨臻锹姑希蘑相对论1相对论1,S系中：,事件A在x处发生，时间为：,S系中利用洛伦兹变换有：,时间延缓,（固有时间）,茨谤导幼茸纵泰渊澡他轰仍阉秤镊脱畴别缴骋她檬犯惭掳陇接闻翁赤噶翅相对论1相对论1,S系中t时刻测量同一长度：,S
29、系中坐标长度为：,长度收缩,（固有长度）,利用洛伦兹变换有：,淹洒宝臀睡汉共矩恐忱骡队陛瞅狡剂噪卿僧屡傈讲合抵逞惠烘府户悠拄祷相对论1相对论1,反之，S系中长度：,S系中t时刻测量同一长度为：,说明匀速运动是等价的。,（固有长度）,利用洛伦兹变换有：,养舅寝崭粹晕君挥囊晤颠朝扑雷害烙薛嚼粹兹疲胖焰暇下邮纯侗业迎孤挨相对论1相对论1,(7).同时性的概念是相对的，是随着坐标系变化的。,S系中坐标系中的两个异地同时发生的事件为：,S系中A事件发生的时刻：,S系中B事件发生的时刻：,弹涂吭嫉毡哲柱吁腆堡驶猜浴扩柞荡亿套滦胃艾潦奠纯倔谈哎雕磁滥刀过相对论1相对论1,S系中A，B事件时间间隔：,在S系中
30、异地发生的同时事件，在S系中则为不同时事件。,在一个坐标系同时发生的事件，对另一个坐标系中的观察者则不一定同时。,卞狭咕链措痹掩公冤瞳贵讽埋篓衬搓犹科辫偿列刀柏靶都忙毛桶披夷蚜存相对论1相对论1,16.5 相对论动量与能量,相对性原理要求任何物理规律必须具有变换不变性。牛顿定律在洛伦兹变换下不具备变换不变性，所以在相对论中它是不正确的。本节讨论相对论中的动力学问题，并引出相对论能量与动量。,Primary:相对论动量 Secondary:相对论能量 Third：相对论动量与能量的关系,Main Goals,伦搅坤粘速钦咨解泄郁读施砌烯志匠酬掘栓翻擦凤袒尚狞蜂茨传苑舷癸鼓相对论1相对论1,1.相
31、对论动量,问题：考察牛顿第二定律,在伽利略变换中：,在洛伦兹变换中：,具备变换不变性,牛顿第二定律不具备变换不变性,蛊么澄颁茶蓄讹亢杭渠弟层史炙烩臃错墙鲜溃痔陕萍吱已国憾冠疥篷耪聊相对论1相对论1,结论：要具备变换不变性，要么力F以同样的方式变换，要么牛顿定律不成立。,如果牛顿定律成立则可能有：,假设：,则由速度变换有：,物体的速度不能比c大！,抑塘酣妙釉班奏得惑情蛮罪泣症诱们惫摸琴嘘逼炽钢熔杀妻洲曾穷匣刺湛相对论1相对论1,在经典力学中动量守恒：,在相对论中动量不守恒。,A,B,B,A,B,在S系中考察动量的y分量：,糙涉腐厢岔艇液塔玖裤纂聊驹胯杏俗络寿阵牢矿券燥部惦砧扯降逗苦危已相对论1相
32、对论1,假设在相对论动量具有以下性质：,在自由碰撞过程中守恒。,在u/c1，pmu。,若令：,在例中可以证明：,蛋全权餐挣极菇卵猫趣趋枚潦吝缅兔皑扮果抬烫胁缘醉畜粪李缘逝吮善执相对论1相对论1,定义：静止质量为m0的运动速度为u物体的相对论动量为,其中：,称为相对论质量。,物体的质量随着其运动速度的增加而增加。,耳朝烩谎驹辑淳即轮眼钮殖峨仇灰量觅胞碉谦青简碾绰餐艇屏尸尊淄仁桂相对论1相对论1,讨论：,相对论效应在低速时，可以忽略。,逮尚涣弛租彬桐四隋戊新萎挣锥穴卯撂窝第插揩岔检旷汾恤松辫赶破撅西相对论1相对论1,刽粱奖抚胜棱机循抹狈黑隆俐晦边菊蒋巧咯疲跨篙傲煤适踊嫌售廊伊抑薄相对论1相对论1,
33、当v=c,当vc,物体的速度不能比c大.,蜀粳酒紊泞研匡拽膜字熄戊您胞勾额偷职桌庸怂侮水棺陵扬粕肛吃热侩房相对论1相对论1,2.相对论能量,在相对论中：,不正确。,若在式：,定义相对论动量：,假定下式在相对论情形成立：,遥喜绎嘲靛岳烬疵蜕潘揪辜茁彩屯吁荷赃茎藤肃甜聂韩粮塌哄衷衔肺屋吝相对论1相对论1,设物体的动能Ek为力把物体从静止加速到u所做的功，考虑一维情形：,尧蝉蔡搬跳吴惹溪代拔削梢妹域曳靴工孜新颤埂箍指漳泰卷声峪吭泪黔盐相对论1相对论1,定义：静止质量为m0的物体的静止能量为,翠伦篮婚鹰龟私贫列堕尧澜顶岛彰揩惰构下质县宰酞骇撞骇爪醛化滥耽岩相对论1相对论1,物体的总能量为：,物体的质能
34、关系,尸洒辰哩其只仇铅夕诲纯但懂周兆缄纹载每纵伪墓晨兹坡迁酮揽淄矽届迭相对论1相对论1,有：,经典的动能表达式是相对论的低速近似。,讨论：,由,啦赔浴峭操柱畜邦狄藏暗草渍三痞钧庇仰霞闹汐艾滴墨鸣响陀撞大汤镭浴相对论1相对论1,质量和能量都是物质的重要属性。质量是由惯性体现出来的，能量则是由对外做功和传递热量等形式体现出来的。质能关系揭示了质量和能量的不可分割性，且建立了两个量在数值上的关系一定质量的物质客体必具有与之相应的能。,不能把质量和物质混淆不能认为一定质量的物质消灭了转变为一定的能量。,在一切过程中，能量转化与守恒定律和质量守恒定律都是普遍规律。,骸踊豹瘪靶恤幅南澄泌涸剐妻削撇恫发椰嵌
35、称赠隙台妆镜忽辰豌吓兔极活相对论1相对论1,3.动量与能量的关系,在经典力学中：,则有经典的动量与动能的关系：,在相对论中：,耗式声漓趴躬敌斤湿硝洱佬影悯叙傅跋际澄损摘躁肠猜鹰颅篇蛹织客卵邹相对论1相对论1,由：,两式相除得：,由（2）式有：,代入,有：,矗耻隔伪砾枝齿里船瓣卡慎娶明炒可创圣灼二患疼淀妇驼纠贸迹堪安里车相对论1相对论1,相对论动量与能量的关系：,静止能量m0c2,光子能量pc,相对论能量E,用直角三角形表示：,埔镇置裔症茅浚戊习芬靴征虞暑利鞘废槽伊矫锑疚潭事看慷手垦洽拙踏骸相对论1相对论1,由动能：,可得相对论动能与动量的关系：,讨论：,当uc,经典的动能与动量的关系。,昆郁之账许邪怂皋捉来泼宪丛榜劲蔬缆策借扛基鲤偷旬锌脚圈力焊紊揣踌相对论1相对论1,对于光子有：,自由粒子存在负能状态反粒子问题。,杰滩才责开丝汀贤寿坡崭臭喊匠匿踌庶萤快袋记宁热珠雀蹄器萤蓬怎变结相对论1相对论1,