大学物理2-5-第1章-狭义相对论时空观.pptx

2025/4/171浙江大学城市学院黄敏Tel:E-mail:huangm@zucc.edu.cn大学物理UniversityPhysics

相对论狭义相对论（1905年）(SpecialRelativity,SR)广义相对论（1915年）(GeneralRelativity,GR)

伽利略坐标变换、力学相对性原理及牛顿力学的时空观。01狭义相对论基本原理。02洛仑兹坐标变换和速度变换。03狭义相对论时空观。04本章主要讲解四个方面问题：

伽利略坐标变换、力学相对性原理及牛顿力学时空观1、伽利略坐标变换设惯性系K/(o’x’y’z’)沿公共的X轴相对另一惯性系K(oxyz)以速度u运动，t=t’=0时，两个原点O和O’重合。

01伽利略相对性原理（力学相对性原理）——力学定律在所有惯性系中都相同。02力学定律在伽利略变换下不变

3、牛顿力学的时空观经典力学（牛顿力学）时空观是绝对的时空观利略坐标变换、力学相对性原理及牛顿力学的时空观。01洛仑兹坐标变换和速度变换。03狭义相对论基本原理。02狭义相对论时空观。04本章主要讲解四个方面问题：

狭义相对论基本原理相对性原理--------任何物理定律在所有惯性系中都有相同的表示形式，即所有惯性系都是等价的；平权的。爱因斯坦的相对性原理和伽利略相对性原理在思想上是基本一致的，是力学相对性原理的推广。0102

光速不变原理--------在所有惯性系，真空中的光速都相等，c=3×108m/s。光速不变原理说明：真空中的光速与光源或观察者的运动无关，且在各个方向上都相同，与参照系也无关，是一个常量。这是和经典的速度变换公式（伽利略变换）不相容的。若保持光速不变原理，就必须抛弃伽利略变换，也就是必须抛弃绝对的时空观。爱因斯坦由上述两个基本假设出发，导出了狭义相对论中的坐标变换关系------洛仑兹变换。

伽利略坐标变换、力学相对性原理及牛顿力学的时空观。0101020304狭义相对论基本原理。洛仑兹坐标变换和速度变换。狭义相对论时空观。020304本章主要讲解四个方面问题：

洛仑兹坐标变换

相对论速度变换由洛仑兹变换可得：

01所以得:02或

(2)洛伦兹速度变换近似为伽利略速度变换时(3)洛伦兹速度变换与光速不变原理相符讨论:(1)物体相对不同参考系的速度不仅在相对运动方向上的分量不同,在垂直相对运动方向上的分量也不同。?uc时,

【例题】地球上一观察者看见一飞船A以速度2.5×108m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×108m/s跟随A飞行。求：（1）A上的乘客看到B的相对速度；（2）B上的乘客看到A的相对速度。解：(1)A看B(如图)：由题意知S（地球）飞船B代入公式得

（2）B看A(如图)：由题意知S（地球）飞船A代入公式得利略坐标变换、力学相对性原理及牛顿力学的时空观。01洛仑兹坐标变换和速度变换。03狭义相对论基本原理。02狭义相对论时空观。04本章主要讲解四个方面问题：

狭义相对论时空观(相对论运动学)“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。”（苏轼《题西林壁》）

1、“同时”的相对性logoExpress按照经典力学的观点，在某一惯性系中“同时”发生的两个事件，在其它所有惯性系中都是“同时”发生的，即“同时”与参照系无关，是绝对的。而狭义相对论指出：一个惯性系中不同地点“同时”发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是“同时”的，即“同时”与参照系有关，“同时”是相对的。

说明：①②uoo(x1,t)(x2,t)(x1,t1)(x2,t2)yyxxKK

2、长度收缩（长度的相对性，运动尺度缩短）棒的长度:测量两端坐标来确定

2、长度收缩（长度的相对性，运动尺度缩短）

说明：①静长：杆在与杆相对静止的参照系中的长度。②长度收缩并非杆的内部材料结构发生了变化，而是空间间隔测量的相对性的反映。③在与相对运动垂直的方向上，无相对运动，故不发生长度收缩。2、长度收缩（长度的相对性，运动尺度缩短）

【例题】马路边竖立着一块正方形广告牌，其面积为100m2，以0.80C的速度行驶的“爱因斯坦”牌摩托车的驾驶员测得该广告牌的面积为多少？

Km

3、时间膨胀（时间的相对性，运动时钟延缓）时钟快慢:记录两个事件的时间间隔

STEP3STEP2STEP1对于原时的理解，要特别强调两个事件在同一地点发生。时间膨胀是相对原时Δt0而言。若在K系和K?系中，两个事件发生在不同地点，一般需用洛仑兹变换来求解。解释“孪生子佯谬（法国物理学家郎之万首先提出）”，“高速旅行可以长寿？”。说明：