相对论简介力学.ppt
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1、普通物理学教程第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介12.1 狭义相对论的历史背景狭义相对论的历史背景 12.2 洛伦兹变换洛伦兹变换 12.3 相对论的速度变换相对论的速度变换 12.4 相对论的动量和能量相对论的动量和能量 12.5 广义相对性原理广义相对性原理 12.6 引力场与弯曲时空引力场与弯曲时空 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 目目 录录重点:重点:洛伦兹变换和质能关系定律洛伦兹变换和质能关系定律难点难点:狭义相对论的时空观。狭义相对论的时空观。第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 教学重点难点教学重点难点(一)(一)麦克斯韦方程
2、建立引起的问题麦克斯韦方程建立引起的问题(二)(二)菲索与迈克耳孙菲索与迈克耳孙莫雷实验莫雷实验(三)(三)关于相对性原理的思考关于相对性原理的思考 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 12.1 狭义相对论的历史背景狭义相对论的历史背景12.1 狭义相对论的历史背景狭义相对论的历史背景 机械波的传播介质是机械波的传播介质是弹性连续介质弹性连续介质.电磁波的传播介质?电磁波的传播介质?以太以太(Aether)1865年麦克斯韦预言了电磁波的存在年麦克斯韦预言了电磁波的存在.麦克斯韦方程不具备伽利略变换的不变性麦克斯韦方程不具备伽利略变换的不变性.以太是否存在?以太是否存在?第十二章第十二章
3、相对论简介相对论简介(一)(一)麦克斯韦方程建立引起的问题麦克斯韦方程建立引起的问题1.菲索实验(流水对光速影响实验)菲索实验(流水对光速影响实验)BMSBOIMMv由经典理论由经典理论,由由B处分成的两束光回至处分成的两束光回至B处时间差为处时间差为 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介(二)(二)菲索与迈克耳孙菲索与迈克耳孙莫雷实验莫雷实验水速水速v c k为曳引系数为曳引系数,0kc,无意义。无意义。|u|c 光速是光速是物体运动物体运动的极限速度的极限速度.(3)若若|u|m0 已被实验证实已被实验证实.m/m012340.2 0.41.000.6 0.8v/c52.质速关系质速关系
4、 3.动力学方程动力学方程 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 1.运动粒子的总能量运动粒子的总能量 质能关系式质能关系式 2.静止能量静止能量 是物质的最小能量,是物质内能的总和是物质的最小能量,是物质内能的总和.3.质能关系的另一种形式质能关系的另一种形式 说明说明质量与能量是不可分割质量与能量是不可分割,物质和运动不可分割物质和运动不可分割.第十二章第十二章 相对论简介相对论简介(二)(二)相对论的质能公式相对论的质能公式与经典一致与经典一致当当 v c 时时4.动能动能 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 5.实验证明实验证明 最早对相对论质量最早对相对论质量能量关系提供的实验
5、证明之一,能量关系提供的实验证明之一,是是1932年由考克罗夫特()和瓦尔顿()提供的年由考克罗夫特()和瓦尔顿()提供的.他们利他们利用加速器加速质子并轰击锂(用加速器加速质子并轰击锂(Li)靶)靶.锂原子核吸收质子锂原子核吸收质子形成不稳定的核随即蜕变为两个形成不稳定的核随即蜕变为两个 粒子,它们以高速沿相粒子,它们以高速沿相反的方向运动反的方向运动.在这一核反应中,反应前后的总能量和总质量必然在这一核反应中,反应前后的总能量和总质量必然守恒,因而减少的质量和静止的能量必转化为动能守恒,因而减少的质量和静止的能量必转化为动能.实实验结果确实如此验结果确实如此.原子弹和氢弹技术都是狭义相对论
6、质能关系的应用,原子弹和氢弹技术都是狭义相对论质能关系的应用,而它们的成功也是狭义相对论的验证而它们的成功也是狭义相对论的验证.第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 对光子对光子 m0=0 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介(三)(三)动量动量-能量公式能量公式对光子对光子 m0=0 当当 vc 时时经典动能经典动能-动量关系动量关系 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 动量守恒动量守恒解解复合粒子静止质量复合粒子静止质量 例题例题设有两静止质量为设有两静止质量为m0的粒子,以大小相同、方的粒子,以大小相同、方向相反的速率向相反的速率3c/5相撞,碰后合成一个复合粒子相撞,碰后合成一
7、个复合粒子.试计试计算这个复合粒子的静止质量和运动速度算这个复合粒子的静止质量和运动速度.故碰后复合粒子速度故碰后复合粒子速度 v0 能量守恒能量守恒 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 与动能相应的质量转化为静止质量,从而与动能相应的质量转化为静止质量,从而使碰撞后复合粒子的静质量增大了,但相对论使碰撞后复合粒子的静质量增大了,但相对论质量保持守恒!质量保持守恒!实际上实际上m复复02m是两个粒子的动质量,等是两个粒子的动质量,等于复合后粒子的静质量,质量是守恒的于复合后粒子的静质量,质量是守恒的.第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 在狭义相对论中,若相对于某参考系质点系在狭义相对论
8、中,若相对于某参考系质点系中各质点动量的矢量和为零,即中各质点动量的矢量和为零,即则该参考系称作动量中心系则该参考系称作动量中心系.第十二章第十二章 相对论简介相对论简介(四)(四)动量中心动量中心(一)(一)关于惯性系和引力的思考关于惯性系和引力的思考(二)(二)等效原理和广义相对性原理等效原理和广义相对性原理 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 12.5 广义相对性原理广义相对性原理12.5 广义相对性原理广义相对性原理 进进一步的思考一步的思考:非惯性系与惯性系会平权吗?惯性系更优越吗?非惯性系与惯性系会平权吗?惯性系更优越吗?时时空与物空与物质质有什么关系?有什么关系?第十二章第十
9、二章 相对论简介相对论简介(一)关于惯性系和引力的思考(一)关于惯性系和引力的思考 狭义相对论虽然改变了人们对时空结构、物质狭义相对论虽然改变了人们对时空结构、物质运动和时空关系的认识,但它只能解释惯性参考系运动和时空关系的认识,但它只能解释惯性参考系的实际问题,却无法解释一切参考系的问题,为此的实际问题,却无法解释一切参考系的问题,为此爱因斯坦以引力理论为突破口,在等效原理、广义爱因斯坦以引力理论为突破口,在等效原理、广义协变性原理、马赫原理的基础上提出了既有实际意协变性原理、马赫原理的基础上提出了既有实际意义又有理论价值的广义相对论义又有理论价值的广义相对论.广义相对论广义相对论是研究物质
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