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1、第4章 狭义相对论P.1/511. 狭义相对论的相对性原理: 物理规 律对所有惯性系都是一样的, 不存在任 何一个特殊的惯性系2. 光速不变原理: 在任何惯性系中, 光 在真空中的速率都相等.4.1.2 爱因斯坦基本假设?包括两个意思:l 光速不随观察者的运动而变化 l 光速不随光源的运动而变化 爱因斯坦的两个基本假设, 抛开 了以太说, 又不必修改麦克斯韦电 磁理论的结果, “光速不变”与麦克 斯韦预言光的传播速率在所有惯性 系中都相同是一致的.第4章 狭义相对论P.2/51令正变换洛伦兹变换的意义(1) 洛伦兹变换是不同惯性系 之间时空变换的普遍公式时洛伦兹变换伽利略变换, 满足伽 利略相
2、对性原理.(2) 与光速不变原理以及真空中 光速为速率极限的实验事实相符.(3) 建立了新的时空观 时间, 空间彼此关联彼此关联, 并与物 质本身和运动形式密不可分, 形成四维时空概念: 不是“时” “ 空”分离, 而是“时-空”一体. 不同惯性系中的观察者有各 自不同的时空观念, 不存在存在对所有观察者都相同的绝对时间绝对时间 和绝对空间绝对空间.第4章 狭义相对论P.3/514.3.2 洛伦兹速度变换根据洛伦兹坐标变换根据洛伦兹坐标变换, , 可以导可以导 出洛伦兹速度变换出洛伦兹速度变换: :其中:叫做“相对论因子”(2) 低速时, 洛伦兹速度变换 近似为伽利略速度变换.讨论: (1)
3、物体相对不同惯性系的速 度不仅在相对运动方向上的分 量不同, 在垂直于相对运动方 向上的分量也不同.u c 时,时,(3) 洛伦兹速度变换与光速 不变原理相符第4章 狭义相对论P.4/514.5.1 相对论质量和动量4.5 相对论动力学基础经典力学认为物体的惯性经典力学认为物体的惯性( (质量质量) ) 是不变的是不变的, , 和物体的运动无关和物体的运动无关, , 而而 实际上惯性是否真的不变的呢实际上惯性是否真的不变的呢? ?1. 相对论质量M分裂成两块分裂前分裂后分裂前分裂后第4章 狭义相对论P.5/51K 系: B 静止, 质量 mB为静止质量 m0质-速关系A 运动, 质量 mA为运
4、动质量 m考夫曼实验结果: 电子的质量随速率变化讨论:(1) (1) 普遍性普遍性: :(2) (2) 相对性相对性: :v v c c时时, , mm( (v v ) = ) = mm0 0 牛顿力学牛顿力学; ; v v c c 时时, , m m 在在F F作用下作用下 , , a a 0 0 c c 是极限速率是极限速率. .质量具有相对性质量具有相对性, , 反映了物反映了物 质本身与运动不可分割质本身与运动不可分割. .第4章 狭义相对论P.6/512. 相对论动量在低速时, 退化为经典力学.4.5.2 力和加速度的关系第4章 狭义相对论P.7/514.5.3 相对论能量经典力学中
5、, 动能为相对论力学中是否有:由动能定理 1. 相对论动能?在相对论中, 认为动能定 理仍适用. 若取质点速率为 零时动能为零. 则质点动能就是其从静止到以速率 v 运动的过程中, 合外力做的功.第4章 狭义相对论P.8/51讨论讨论: :2. 质能关系相对论动能: 相对论静止能:相对论总能量:质能关系: 反映质量与能量不 可分割, 任何物体系统, 可以由 质量或能量来表示其数量上的 特征.第4章 狭义相对论P.9/51讨论:(1) 静止能 E0=m0c2 表示物体静静 止止时的总内能: 分子间相互作用势能 分子运动动能 原子间结合在一起的化学能 原子核与电子结合在一起的电磁能 原子核内基本粒
6、子间的结合能(2) 质能关系统一了质量守恒 定律和能量守恒定律.当质量发生变化m时, 能 量也有相应变化E.(3) 质能关系是人类打开核能 宝库的钥匙.裂变or聚变, 质量亏损, 释 放结合能.应用: 原子弹, 氢弹, 核电站, 核动力质能方程质能关系: 反映质量与能量不 可分割, 任何物体系统, 可以由 质量或能量来表示其数量上的 特征.静止物体所含巨大能量不 引人注意, 是因为没有能量 向外流出.第4章 狭义相对论P.10/513. 能量和动量的关系极端相对论近似光子(photon)光的波粒二象性第4章 狭义相对论P.11/51例例5-6. 5-6. 计算核聚变中释放出的能量.氘核氘核= =质子质子+ +中子中子氘核氘核: :中子中子: :质子质子: :质量亏损:释放能量释放能量: :2g 氘 (1摩尔): 6.0221023个氘核释放能量释放能量: :第4章 狭义相对论P.12/51证: (1) 垂直方向动量守恒(2) 水平方向动量守恒能量守恒例例 5-7. 5-7. 一个中性介子相对于观 察者以速度v = kc 运动, 以后衰 变为两个光子, 两光子的运动轨 迹与介子原来的方向成相等的 角度 . 试证明: (1) 两光子有相 等的能量. (2) cos = k.v 12 可得:第4章 狭义相对论P.13/51作业习题集：17- 29、30、32、36、38 、39
