东南大学《大学物理》课件-第14章.pdf

第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版相相 对对 论论第十四章第十四章第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版2本章目录本章目录14-0 14-0 教学基本要求教学基本要求14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观*14-5 14-5 光的多普勒效应光的多普勒效应物理学物理学第五版第五版第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版3本章目录本章目录14-6 14-6 相对论性动量和能量相对论性动量和能量*14-7 14-7 广义相对论简介广义相对论简介 第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版4 一一 理解理解伽利略变换及牛顿力学的绝伽利略变换及牛顿力学的绝对时空观对时空观.二二 了解了解迈克耳孙莫雷实验迈克耳孙莫雷实验.三三 理解理解狭义相对论的两条基本原理，狭义相对论的两条基本原理，掌握掌握洛伦兹变换式洛伦兹变换式.14-0 14-0 教学基本要求教学基本要求第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版5 四四 理解理解同时的相对性，以及长度收缩同时的相对性，以及长度收缩和时间延缓的概念，和时间延缓的概念，掌握掌握狭义相对论的时空狭义相对论的时空观观.五五 掌握掌握狭义相对论中质量、动量与速狭义相对论中质量、动量与速度的关系，以及质量与能量间的关系度的关系，以及质量与能量间的关系.14-0 14-0 教学基本要求教学基本要求第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版6本章目录本章目录14-0 14-0 教学基本要求教学基本要求14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观选择进入下一节：选择进入下一节：14-6 14-6 相对论性动量和能量相对论性动量和能量第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版1x xy yvo oz z ss*),(),(zyxzyxPx xt vz z yy 系相对于系相对于 系以匀速沿系以匀速沿 轴运动，观轴运动，观察两参照系中同一事件的时空关系。察两参照系中同一事件的时空关系。SSX第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版2x xy yvo oz z ss*),(),(zyxzyxPx xt vz z yy第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版3vxxuuyyuu zzuu 速度变换公式速度变换公式x xy yvo oz z ss*),(),(zyxzyxPx xt vz z yy第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版4zzaa yyaa xxaa 加速度变换加速度变换aaamFamF 在在两两相互作匀速直线运动的惯性系中相互作匀速直线运动的惯性系中,牛顿运动定律具有相同的形式牛顿运动定律具有相同的形式.x xy yvo oz z ss*),(),(zyxzyxPx xt vz z yy第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版5二二 经典力学时空观经典力学时空观绝对空间绝对空间:空间与运动无关空间与运动无关,空间绝对空间绝对静止静止.空间的度量与惯性系无关空间的度量与惯性系无关,绝对绝对不变不变绝对时间绝对时间:时间均匀流逝时间均匀流逝,与物质运动与物质运动无关无关,所有惯性系有统一的时间所有惯性系有统一的时间.第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版6牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观牛顿力学的相对性原理牛顿力学的相对性原理注注 意意 牛顿力学的相对性原理牛顿力学的相对性原理,在宏观、在宏观、低速的范围内低速的范围内,是与实验结果相一致的是与实验结果相一致的.但在高速运动情况下则不适用但在高速运动情况下则不适用.第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版7对电磁现象的研究表明对电磁现象的研究表明:电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组不服从伽利略变换不服从伽利略变换.真空中的光速真空中的光速?vccx xy yvo oz z ssc第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版8 试计算球被投出前后的瞬间，所发试计算球被投出前后的瞬间，所发出的光波达到观察者所需时间出的光波达到观察者所需时间.球球投投出出前前cdcdt 121ttvcdt2球球投投出出后后vcv(根据伽利略变换根据伽利略变换)例例第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版9观察者先看到投出后的球，观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球后看到投出前的球.结果结果:球球投投出出前前cdcdt 121ttvcdt2球球投投出出后后vcv(根据伽利略变换根据伽利略变换)第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版10l=5000 光年光年cvckm/s1500v物质飞散速度物质飞散速度AB 公元公元10541054年年,人们发现天上出现了一人们发现天上出现了一颗颗“客星客星”,其耀眼的光芒其耀眼的光芒,用肉眼在白用肉眼在白天也看得见天也看得见.史书记载它在天空中停留了史书记载它在天空中停留了2222个月个月,产生了著名的金牛座蟹状星云产生了著名的金牛座蟹状星云.第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版11 当一颗恒星在发生超新星爆发时当一颗恒星在发生超新星爆发时,它的外围物质向四面八方飞散它的外围物质向四面八方飞散,即有些即有些抛射物向着地球运动抛射物向着地球运动,现研究超新星爆发现研究超新星爆发过程中光线传播引起的疑问过程中光线传播引起的疑问.l=5000 光年光年cvckm/s1500v物质飞散速度物质飞散速度AB第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版12vcltA A 点光线到达点光线到达地球所需时间地球所需时间 B 点光线到达点光线到达地球所需时间地球所需时间cltBl=5000 光年光年cvckm/s1500v物质飞散速度物质飞散速度AB第十四章第十四章 相对论相对论14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观物理学物理学第五版第五版13l=5000 光年光年cvckm/s1500v物质飞散速度物质飞散速度AB 理论计算观察到超新星爆发的强光理论计算观察到超新星爆发的强光的时间持续约的时间持续约 .实际持实际持续时间约为续时间约为 22 个月个月,这怎么解释这怎么解释?年年25 ABttt第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版14本章目录本章目录14-0 14-0 教学基本要求教学基本要求14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观选择进入下一节：选择进入下一节：14-6 14-6 相对论性动量和能量相对论性动量和能量第十四章第十四章 相对论相对论14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验物理学物理学第五版第五版1“以太以太”参考系参考系是绝对静止系是绝对静止系G M1 Gvvclclt122cltcv迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验l12GMGMvsGM1M2T设设“以太以太”参考系为参考系为 系系实验室为实验室为 系系SS第十四章第十四章 相对论相对论14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验物理学物理学第五版第五版2l12GMGMvsGM1M2T s（从（从 系看）系看）G M2c22v cv-M2 Gcv-22v cG M2 G22212ccltv第十四章第十四章 相对论相对论14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验物理学物理学第五版第五版32222clNvm/s103,nm500,m104vl4.0N仪器可测量精度仪器可测量精度01.0N 实验结果实验结果 未未观察到地球相对于观察到地球相对于“以太以太”的运动的运动.0N第十四章第十四章 相对论相对论14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验物理学物理学第五版第五版4结论结论：作为绝对参考系的：作为绝对参考系的以太不存在以太不存在.以后又有许多人在不同季节、时刻、以后又有许多人在不同季节、时刻、方向上反复重做迈克耳孙方向上反复重做迈克耳孙-莫雷实验近莫雷实验近年来年来,利用激光使这个实验的精度大为提利用激光使这个实验的精度大为提高高,但结但结果果却没有任何变化却没有任何变化第十四章第十四章 相对论相对论14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验物理学物理学第五版第五版5 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷莫雷实验测到以太漂移速实验测到以太漂移速度为零度为零,对以太理论对以太理论是一个沉重的打击是一个沉重的打击,被人们称为是笼罩在被人们称为是笼罩在1919世纪物理学上空的世纪物理学上空的一朵乌云一朵乌云.第十四章第十四章 相对论相对论物理学物理学第五版第五版6本章目录本章目录14-0 14-0 教学基本要求教学基本要求14-1 14-1 伽利略变换式伽利略变换式 牛顿的绝对时空观牛顿的绝对时空观14-2 14-2 迈克耳孙迈克耳孙-莫雷实验莫雷实验14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观选择进入下一节：选择进入下一节：14-6 14-6 相对论性动量和能量相对论性动量和能量第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式物理学物理学第五版第五版1爱因斯坦爱因斯坦 20世纪最伟大的物世纪最伟大的物理学家之一理学家之一,1905年、年、1915年先后创立狭义和年先后创立狭义和广义相对论广义相对论,1905年提年提出了光量子假设出了光量子假设,1921年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖,还在量子理论方面有重还在量子理论方面有重要贡献要贡献.（1879-1955）第十四章第十四章 相对论相对论14-3 14-3 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式洛伦兹变换式物理学物理学第五版第五版2 真空中的光速是常量，沿各个方向真空中的光速是常量，沿各个方向都等于都等于c，与光源或观测者的运动状态与光源或观测者的运动状态无关无关.