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第五章 狭义相对论基础 5.1 伽利略变换与力学相对性原理 5.2 狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换 5.3 狭义相对论的时空观 作业： P38　　14 作业： P38　　13 15 16 5.4 相对论质量、动量和能量 本 章 小 结 静长（固有长l0):杆在与它相对静止的参考系中的长度。 （固有长最长） 在与杆相对运动的参考系中， 杆沿运动方向的长度＝ （2）　动尺收缩效应（长度收缩效应） (1) 测量运动的物体，其长度收缩，收缩只出现在运动方向。 (2) 同一物体，速度不同，测量的长度会不同。静止时最长。 (3) 长度收缩是相对的，S系看S’系中的物体收缩，反之，S’系看S系中的物体也收缩。 低速运动，相对论效应可忽略。 地球上宏观物体最大速度103m/s，比光速小5个数量级，在这样的速度下长度收缩可忽略不计。 一立方体，运动方向沿自身一条边。在另一惯性系测量，它还是立方体吗？ 讨论： 例 地球—月球系中测得地—月距离为 3.844×108 m，一火箭以 0.8 c 的速率沿着从地球到月球的方向飞行，先经过地球 (事件1)，之后又经过月球 (事件2)。 求 在地球--月球系和火箭系中观测，火箭从地球飞经月球所需要的时间。 解 取地球—月球系为 S 系，火箭系为 S 系。 在 S 系中: 地-月距离为 火箭从地球飞经月球的时间为 地球 月球 因此，在 S 系中火箭从地球飞经月球的时间为 设在 S 系中，地—月距离为 l ，根据长度收缩公式有 5. 相对论的速度变换公式 得到 洛仑兹坐标变换式 (2) (1) (1) /(2) 同理 XYZ三个方向都要变换 这是对S’系的 对 S 系，将带撇的和不带撇的互相交换，同时把 v 变成 –v ，可以得到速度的逆变换公式： 某惯性系中同一地点发生的两个事件之间的时间间隔称固有时τ0。 固有时（固有时最小） 静长（固有长l0):杆在与它相对静止的参考系中的长度。（固有长最长） 在与杆相对运动的参考系中， 杆沿运动方向的长度 复习 相对论中，动量的定义不变，动量守恒定律仍然成立，但遵从洛伦兹变换。物体的质量随速率的增大而增大（质增效应）。 1. 相对论质量 相对论质量 (1) 静质量最小。 光子静止质量为0。没有静止的光子。 (3)低速 仍成立。 物体运动极限速度为光速。 利用高能加速器，可以把电子加速到其静止质量的几万倍。 (2)经典力学中 m 不变，只要时间足够长，v 可超过光速。 相对论中 静质量，物体相对于惯性系静止时的质量 讨论 斯坦福加速器全貌 斯坦福加速器内貌 全长2英里 依经典理论电子速达到 而实测值为 * * 一、 了解狭义相对论的两个基本假设，理解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空观之间的差异。 二、 了解洛仑兹坐标变换。 教学基本要求 三、 理解同时的相对性，掌握动钟变慢和动尺变短的规律。 四、 掌握质增效应、质能关系、动量与能量(能量三角形)的关系。 前 言 在本世纪 (指20世纪--编者注）初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，这就是狭义相对论（1905年）、广义相对论（1916年）和量子力学（1925年）。 －杨振宁 经典物理（18－19 世纪） 牛顿力学 热力学与经典统计力学 经典电磁理论 19世纪末趋于完善 ? 海王星的发现（Leverrier,1846） “不必向天空看一眼就发现了这颗新行星” “它是在笔尖下看到的，····” ? 电磁理论解释了波动光学 开尔文：大厦基本建成 ··· 两朵乌云 M－M实验(以太之谜)? 黑体辐射(紫外灾难)? 相对论(相对性理论） 量子论 量子力学 这两朵乌云开出近代物理的鲜花 19世纪,光的波动说取得成功，从机械波出发，认为传播光的介质是“以太”：透明、刚性、无质量；充满整个宇宙空间，能渗透物体内部；有很强弹性、且异常稀薄，以致星体在其中穿行时不影响其速率。为寻找以太伤透了脑筋 迈克尔逊-莫雷实验的具体做法是把一束光通过一个半反半透镜分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动的方向一致，另一束和地球运动的方向垂直，通过干涉来测量光速的变化，证明两个方向上的光速是一样的。 牛 顿 力 学 麦 克 斯 韦 电 磁 场 理 论 热力学与经典统计理论 关于近代物理学，强调： 经典物理学，主要是实验物理学，有生活体验，可以帮助理解和判断。 近代物理学，是以某些理论、观点为基础建立的，是理论物理学，其结论与生活经验有差异，需要新的实验来验证、判断。 不是对经典理