大学物理讲座(相对论).ppt
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1、相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华大学物理讲座大学物理讲座孙秋华孙秋华 相对论相对论相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华教学要求教学要求1.掌握爱因斯坦两条基本假设掌握爱因斯坦两条基本假设2.掌握洛伦兹变换;熟练掌握狭义相对论的时空观解决掌握洛伦兹变换;熟练掌握狭义相对论的时空观解决问题。问题。3.掌握质量、动量、动能和能量的关系式,掌握能量和掌握质量、动量、动能和能量的关系式,掌握能量和动量的关系。动量的关系。相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华一、基本概念一、基本概念1
2、.相对论的长度收缩效应相对论的长度收缩效应:2.相对论的时间膨胀效应相对论的时间膨胀效应:3.相对论中的空间间隔相对论中的空间间隔:4.相对论中的时间间隔相对论中的时间间隔:狭义相对论时空观狭义相对论时空观相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华5.相对论的质量相对论的质量220/1/cvmm-=6.相对论的相对论的 动量动量7.相对论的动能相对论的动能二、基本定律和定理二、基本定律和定理相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华1.相对性原理:物理学定律在所有惯性系中都是相同的,相对性原理:物理学定律在所有惯性系中都是相同
3、的,即:描述物理学现象所有惯性系都是等价的即:描述物理学现象所有惯性系都是等价的。2.光速不变原理:在所有惯性系中,真空中的光速各向光速不变原理:在所有惯性系中,真空中的光速各向相同的量值相同的量值c,与光源的运动无关。与光源的运动无关。正变换正变换逆变换逆变换相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华洛仑兹速度变换式洛仑兹速度变换式正变换正变换 逆变换逆变换相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华3.动力学定律动力学定律相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华狭义相对论小结狭义相对论小结
4、狭狭义义相相对对论论运动学运动学动力学动力学洛沦兹变换洛沦兹变换长度收缩长度收缩时间膨胀时间膨胀相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华狭义相对论原理的应用狭义相对论原理的应用例例1、已知惯性系、已知惯性系S相对于惯性系相对于惯性系S系以系以 0.5 c的匀速度沿的匀速度沿x轴的负方轴的负方向运动,若从向运动,若从S系的坐标原点系的坐标原点O沿沿x轴正方向发出一光波,则轴正方向发出一光波,则S系系中测得此光波在真空中的波速为多少?中测得此光波在真空中的波速为多少?相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华 利用狭义相对论解决
5、运动学问题利用狭义相对论解决运动学问题例例2、一道闪光从一道闪光从x轴上的轴上的x1发出,在位置发出,在位置x2=x1+l 被接收,在以速被接收,在以速度度v=c沿沿x轴运动的参照系中。(轴运动的参照系中。(1)光的发射点和接收点的空)光的发射点和接收点的空间距离是多少?(间距离是多少?(2)在光的发射和接收之间相隔多长时间?)在光的发射和接收之间相隔多长时间?相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华解:解:1、正确选取参照系、正确选取参照系2、根据参照系选取物理量、根据参照系选取物理量3、在参照系、在参照系S求物理量求物理量xyoSyoS相对论讲座相对论讲
6、座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华例例3、一宇宙飞船的原长为一宇宙飞船的原长为L,以速度,以速度u相对地面作匀速直线运动。相对地面作匀速直线运动。有一小物体从飞船的尾部运动到头部,宇航员测得小物体的速度恒有一小物体从飞船的尾部运动到头部,宇航员测得小物体的速度恒为为v,试求,试求:(1)宇航员)宇航员测得小物体从尾部测得小物体从尾部 运动到头部所需的时间;运动到头部所需的时间;(2)地面观察者测得小物体从尾部运动到头部所需的时间。)地面观察者测得小物体从尾部运动到头部所需的时间。相对论讲座相对论
7、讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华解:解:ssss相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华例例4:一一只装有无线电和接收装置的飞船正以只装有无线电和接收装置的飞船正以 的速率飞离地球。的速率飞离地球。当宇航员发射一无线电信号后,信号经地球反射,当宇航员发射一无线电信号后,信号经地球反射,60s后宇航员才受后宇航员才受到返回信号。求(到返回信号。求(1)在地球反射信号的时刻,从飞船上测得的地)在地球反射信号的时刻,从飞船上测得的地球离飞船多远?(球离飞船多远?(2)当飞船接收到反射信号时,地球上测得的飞)当飞船接收到反射信号时,地球上
8、测得的飞船离地球多远?船离地球多远?相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华解:解:取飞船为取飞船为S系,地面系,地面为为S系;系;SSoox,x在飞船为在飞船为S系中系中观观察:察:x1 ;t1SSoo S发出光信号发出光信号光信号到地球光信号到地球接受光信号接受光信号 x1,t1x2,t2x3,t3相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华SSoox,xx1 ;t1SSoos相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华SSoox,xx1 ;t1SSoo在飞船为在飞船为S系中系中观观察,察,
9、发发出光信号到接受光信号,出光信号到接受光信号,飞飞船船走走过过的距离的距离为为:在飞船为在飞船为S系中系中观观察,察,发发出光信号到接受光信号,出光信号到接受光信号,飞飞船船与地球的距离与地球的距离为为:相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华在飞船为在飞船为S系中系中观观察,察,发发出光信号到接受光信号,出光信号到接受光信号,飞飞船船与地球的距离与地球的距离为为L:由长度收缩:由长度收缩:相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华例例5、一飞船以一飞船以 c的速度飞离地球,在的速度飞离地球,在 t=t=0时时,x=x=0
10、处飞处飞船船发出了一闪光。地面上收到飞船上发出的闪光周期发出了一闪光。地面上收到飞船上发出的闪光周期=5s。求飞船上。求飞船上观察者测得的闪光周期。观察者测得的闪光周期。相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华解:设地面为系解:设地面为系S,飞船为系,飞船为系S,,发出闪光,发出闪光,在在,接受闪光,接受闪光,时闪光结束时闪光结束在在 根据相对论根据相对论 s 相对论讲座相对论讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华另解:另解:设地面为系设地面为系S,飞船为系,飞船为系S,在地面在地面S系:系:收到的周期为收到的周期为 由于多普勒效应,波
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