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1、第八章 狭义相对论,23-1 狭义相对论的基本原理和方法 23-2 狭义相对论的时空观 23-3 洛伦兹变换 23-4 相对论的动力学基础,计划学时：,本章目录,(1)相对性假设,内容:物理定律对所有惯性参考系中的观察者来 说是相同的，没有哪一个参考系是特殊的。,(2)光速假设,内容:光在真空中的速率沿各个方向在所有惯性 参考系中具有相同的值c。, 是对实验事实的直接表达,或:自然界有一个极限速率c，它沿各个方向 在所有惯性参考系中是相同的。,一.两个假设,23-1 狭义相对论的基本原理和方法,光速测定实验结果, 贝托齐实验, 光速假设的检验 介子衰变实验,二、测量一个事件,事件：发生的某个事
2、情。,对观察者可以用三个空间坐标和一个时间坐标来描述事件发生的时间和地点。,在相对论中时空是关联的，这些坐标统称为时空坐标,对同一事件，在不同的参考系中，可以有不同的时空坐标。,空间坐标,时间坐标 t,时空坐标（x，y，z，t ),在 系中，两闪电的光信号是否同时到达 呢？,设在s 系中，两闪电的光信号同时到达AB的中点 C，对s 系：闪电击中车头和车尾为同时事件。,一.同时性的相对性,23-2 狭义相对论的时空观,对 系：两闪电的光信号同时到达 ，而不是 , 闪电击中车头和车尾为不同时事件。,(击中 先发生),设在 系中，两闪电的光信号同时到达 的中点 ， 则对 系：闪电击中车头和车尾为同时
3、事件。,在 S 系中，两闪电的光信号同时到达 而不是 C ，为不同时事件。,（击中 A 先发生）。,同时性概念是因参考系而异的，在一个惯性系中认为同时发生的两个事件，在另一惯性系中看来，不一定同时发生。同时性具有相对性。,爱因斯坦认为:,二.时间的相对性(时间延迟),站台系：,光信号：,该两事件为异地事件,需用两只钟测出其时间间隔t=t2-t1 , 为观测时间,对发生地做相对运动的惯性系中度量的时间比相对其静止的惯性系度量的时间要长，这种测得时间间隔大于固有时的现象称为时间延缓效应,三.长度的相对性(长度收缩),固有长度 (原长、本征长度）：在相对于物体静止 的参考系中测量的长度。,（两端坐标
4、不一定同时测量）,观测长度：在相对于物体运动的参考系中测量的 长度。,（两端坐标一定要同时测量）,同时是相对的，测量长度中用到同时概念，因而长度也是相对的。,设尺相对于 系静止，,S观察者看到S观察者在 内运动通过这段尺,S观察者用一个钟测得尺经过时间 ,尺长为,长度收缩,结论：,2.在一切长度测量中固有长度最长，那么在其它惯性 系中测量相对其运动的尺，总得到比原长小的结果。,1.空间间隔的测量是相对的，物体的长度与惯性系 的选择有关；,变换：在不同惯性系中对同一物体运动的描述 之间的关联。,一.洛伦兹（时空坐标）变换,23-3 洛伦兹变换,1.伽利略变换公式,伽利略变换公式,2.洛伦兹变换公
5、式,从S系到S系的变换,从S系到S系的逆变换,一对事件的洛伦兹变换关系,二、洛伦兹变换的几个推论,1、同时性,不同地事件,即使,2.时间延缓,同一地点，不同时刻,时间延缓,3.长度收缩,三、洛伦兹速度变换式,根据速度定义得：,速度变换公式,一.对质量和动量的新看法,23-4 相对论的动力学基础,不同惯性系中，观察两个质点的碰撞，虽然每个观察者测得的质点运动速度不同，但他们发现质点系统在碰撞前后总动量是相同的。,质点动量：,由于在不同惯性系中测得的速度不同，因而会出现对不同惯性系的观察者，总动量不守恒。,需要重新定义动量,设物体相对于参考系以速率u运动时的质量为,粒子系统质量守恒、动量守恒。,解得：,动量守恒：,质量守恒：,动量守恒：,质量守恒：,解得：,结论：在相对论中，质量与时间、长度一样，与惯 性系的选择有关，为相对量。,得,代入洛仑兹速度变换：,将,相对论动量,定义：,推广：,二、对能量的一种新看法(质能关系),将质速关系按幂级数展开，得,两边同乘以 得,1.质能关系,相对论动能,总能量与静能量的关系：,总能量、静能量和动能的关系：,物体系质量改变引起能量变化：,三.动量与能量的关系,又,
