相对论大物课件

热学：热学：黑体辐黑体辐射射（1899）量子物理量子物理Planck 1900狭义相对论狭义相对论Einstein 1905十九世纪八十年代，经典物理达到十九世纪八十年代，经典物理达到“黄金时代黄金时代”光学：光学：迈克耳逊迈克耳逊莫雷实验莫雷实验（1887）第三章第三章 相对论相对论近代物理诞生的历史背景近代物理诞生的历史背景 -世纪之交物理学六大悬案世纪之交物理学六大悬案1.1.迈克尔逊迈克尔逊-莫雷实验莫雷实验-寻找以太的企图失败寻找以太的企图失败(1887);(1887);2.2.固体和气体的热容量固体和气体的热容量,理论和实验结果不一致理论和实验结果不一致;3.3.氢光谱的实验规律氢光谱的实验规律(1885)(1885)4.4.原子的组成及其稳定性原子的组成及其稳定性(1896,1897,1911)(1896,1897,1911)5.18875.1887年赫兹发现了光电效应年赫兹发现了光电效应-波动说之困难波动说之困难;6.6.热辐射中的紫外灾难热辐射中的紫外灾难 第一个导致了第一个导致了1905年的狭义相对论年的狭义相对论后五个问题导致了量子论的诞生后五个问题导致了量子论的诞生狭义相对论狭义相对论 不考虑物质质量对时空的影响不考虑物质质量对时空的影响 1905年年论动体的电动力学论动体的电动力学论文论文广义相对论广义相对论 考虑质量对时空的影响考虑质量对时空的影响 关于引力的理论关于引力的理论狭义相对论狭义相对论:关于时、空与物质运动关系的理论关于时、空与物质运动关系的理论18791879年年3 3月月，出出生生在在德德国国的的一一个个犹犹太太家家庭庭。6 6岁岁学学习习小小提提琴琴。上上学学后后，成成绩绩平平平平，但但爱爱动动脑脑筋筋，1212岁岁曾曾证明勾股定理。证明勾股定理。18961896年年，进进入入苏苏黎士工业大学。黎士工业大学。童童年年时时的的爱爱因因斯斯坦坦 爱因斯坦爱因斯坦(1879-1955)简介简介 博闻苦思，好学进取博闻苦思，好学进取“如如果果我我以以速速度度c c追追随随一一条条光光线线运运动动，我我应应当当看看到到什什么么现现象象呢？呢？”年年轻轻时时的的爱爱因因斯斯坦坦A=X+Y+ZA-成就成就X-努力工作努力工作Y-懂得休息懂得休息Z-少说废话少说废话成成功功秘秘诀诀 o与与o重合时，重合时，ttzzyyvtxx=-=zzyyxxvvvvvvv=-=zyxxaaaa=ayaz一、伽利略变换一、伽利略变换:P(x ,y ,z,t )(x,y,z,t)vzv tzS3-1 3-1 狭义相对论产生的实验基础和历史条件狭义相对论产生的实验基础和历史条件力学规律在任何惯性系中形式相同。力学规律在任何惯性系中形式相同。（或：（或：在研究力学规律时，一切惯性系都是等价在研究力学规律时，一切惯性系都是等价的。）的。）二、力学相对性原理二、力学相对性原理,经典力学时空观经典力学时空观经典力学认为：质量与坐标系无关经典力学认为：质量与坐标系无关即即即牛顿运动方程对伽里略变换是不变的。即牛顿运动方程对伽里略变换是不变的。注：注：以上推导已经不自觉地对时间以上推导已经不自觉地对时间和空间的性质作了某些假设。和空间的性质作了某些假设。2、时间也是与物质的运动无关而永恒地、均匀、时间也是与物质的运动无关而永恒地、均匀地流逝着，是绝对不变的。地流逝着，是绝对不变的。1、空间的量度（如两点间距离）与惯性系无关，、空间的量度（如两点间距离）与惯性系无关，是绝对不变的。是绝对不变的。三、伽利略变换的困难三、伽利略变换的困难(经典力学的困难经典力学的困难)1)光速光速c 2)速度合成法则速度合成法则#实验预计：能观测到实验预计：能观测到0.37条的条纹移动。条的条纹移动。#实际实际结果：没有观测到条纹移动。结果：没有观测到条纹移动。#即迈克尔孙莫雷实验即迈克尔孙莫雷实验零零结果。结果。四、迈克尔孙莫雷实验（四、迈克尔孙莫雷实验（18871887年）年）ba1M2MPPM1=PM2900迈克尔孙莫雷实验迈克尔孙莫雷实验零零结果意味着：结果意味着：2、电磁现象也满足物理理论的相对性原理。、电磁现象也满足物理理论的相对性原理。1、根本就不存在一个假想的以太参照系。、根本就不存在一个假想的以太参照系。形形色色形形色色的修补的修补”以太风以太风”学说学说3-2 3-2 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 洛仑兹变换洛仑兹变换一、狭义相对论两个基本假设：一、狭义相对论两个基本假设：1 1、相对性原理相对性原理：物理物理学定律在任何惯性学定律在任何惯性系中都是相同的。系中都是相同的。2 2、光速不变原理光速不变原理：在所有惯性系中，测得：在所有惯性系中，测得光在光在真空中真空中的速率都是相同的。的速率都是相同的。或：或：二、洛仑兹变换：二、洛仑兹变换：P(x ,y ,z,t )(x,y,z,t)vzv tzS1、在洛仑兹变换下，一切物理定律的数、在洛仑兹变换下，一切物理定律的数 学表达式保持不变。学表达式保持不变。3、光速是自然界的极限速度。、光速是自然界的极限速度。2、相对论将时间和空间，时空与物质运相对论将时间和空间，时空与物质运 动联系起来。动联系起来。4、在日常时间，、在日常时间，v前前事件事件1：t1x1()，开枪开枪后后，事件事件2：t2x2()鸟死鸟死子弹子弹u 四、时序与因果律四、时序与因果律u=t1t2x1x2()()子弹速度子弹速度信号传递速度信号传递速度所以由因果率联系的两事件的时序不会颠倒。所以由因果率联系的两事件的时序不会颠倒。在在s中：仍然是开枪在前，鸟死在后。中：仍然是开枪在前，鸟死在后。在在s 中：中：cvt1=2t112x1cvt2=2t212x2=t2t112c2)()1(0vut2t1vc2u因为因为所以所以，t2t13-4 3-4 狭义相对论动力学狭义相对论动力学一、动量和质量和速度的关系一、动量和质量和速度的关系1、动质量公式：、动质量公式：讨讨论论（1）m:相对论质量相对论质量,m0:静质量。静质量。（2）v：物体相对于某一参照系的速度。物体相对于某一参照系的速度。（3）可认为质量与速可认为质量与速度无关，等于其静质量。度无关，等于其静质量。（4）以光速运动的粒子（如光子、中微）以光速运动的粒子（如光子、中微子等），它们的静质量必为零。子等），它们的静质量必为零。2、动量公式：、动量公式：牛顿第二定律的原始形式：牛顿第二定律的原始形式：运动物体在恒力作用下，没有恒定的加速度。运动物体在恒力作用下，没有恒定的加速度。3、相对论中的动能、相对论中的动能物体的动能就是使物体从静止开始运动物体的动能就是使物体从静止开始运动到速度为到速度为v时，合外力所作的功。时，合外力所作的功。力的冲量等于动量的改变量力的冲量等于动量的改变量.相对论动能相对论动能讨讨论论4 4、静能、总能、静能、总能静能：静能：总能：总能：动能：动能：5、质能关系式、质能关系式6、原子能的预言、原子能的预言Einstein指出：如果使粒子系统的静质指出：如果使粒子系统的静质量减少量减少 ，它就会释放出，它就会释放出 的巨大能量。的巨大能量。例如：例如：例例2、试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一所释放、试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一所释放出的能量，其聚变方程为出的能量，其聚变方程为各种粒子的静止质量为：各种粒子的静止质量为：氘核：氘核：m1=3.343710-27kg氚核：氚核：m2=5.004910-27kg氦核：氦核：m3=60642510-27kg中子：中子：m4=1.675010-27kg解：质量亏损为：解：质量亏损为：相应释放的能量为：相应释放的能量为：1kg这种核燃料所释放的能量为：这种核燃料所释放的能量为：这相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的这相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的1 1千多万倍！千多万倍！二、能量与动量关系式二、能量与动量关系式注：注：存在存在“无质量无质量”粒子的可能性。这粒子的可能性。这些粒子具有动量、能量，但没有静些粒子具有动量、能量，但没有静质量（质量（），即：），即：E=cp结论：结论：一个静质量为零的粒子，在任一一个静质量为零的粒子，在任一惯性系中都只能以光速运动，永惯性系中都只能以光速运动，永远不会停止。远不会停止。!对光子：对光子：动量动量基本基本方程方程动能动能总能（质能关系）总能（质能关系）动量与能量动量与能量的关系的关系质量质量静能静能相对论动力学相对论动力学 与与 经典力学经典力学 对比对比例：一电子以例：一电子以v=0.99c的速率运动，求：的速率运动，求：1）电子的总能量。）电子的总能量。2）电子的经典力学动能）电子的经典力学动能Ek 0 与相对论动能与相对论动能Ek之比。（之比。（me=9.110-31kg)解：解：1）2）19551955年年4 4月月1818日，日，由于大动由于大动脉破裂，脉破裂，爱因斯坦爱因斯坦去世去世,享年享年7676岁。岁。