高二物理競賽洛倫茲變換課件

第四章相對論基礎(chǔ)§4-3洛倫茲變換洛侖茲

(荷蘭)(1853～1928)“在今天很多人提出了與昨天他們說的話完全相反的主張，我不知道科學(xué)是什么了，我怨恨自己不能在500年前死去.”

(1909年)

洛侖茲2目錄第一章力和運動第二章運動的守恒量和守恒定律第三章剛體和流體的運動第四章相對論基礎(chǔ)第五章氣體動理論第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第七章靜止電荷的電場第八章恒定電流的磁場第九章電磁感應(yīng)電磁場理論§4-1經(jīng)典力學(xué)的時空觀伽利略相對性原理§4-2狹義相對論基本原理狹義相對論的時空觀§4-3洛侖茲變換§4-4相對論速度變換§4-5狹義相對論動力學(xué)基礎(chǔ)*§4-6

廣義相對論簡介既然光速不變原理意味著要拋棄伽里略變換，那么就要尋找適合光速不變原理的、新的時空變換關(guān)系。3伽利略坐標(biāo)變換相對運動（relativemotion）在不同參考系中觀察同一物體運動所給出的運動描述之間的關(guān)系問題。

基本坐標(biāo)系：質(zhì)點：P運動坐標(biāo)系：在K系中：在K’系中：K’系相對于K系的速度：伽利略坐標(biāo)變換：空間絕對性時間絕對性絕對時空觀(勻速)4復(fù)習(xí)牛頓絕對時空觀：長度和時間的測量與參考系無關(guān).

伽利略坐標(biāo)變換式：

伽利略速度變換式：

伽利略相對性原理：對于任何慣性參考系，牛頓定律都成立.狹義相對論假設(shè)

光速不變原理：在任何慣性系中，光在真空中的速率都相等.

愛因斯坦相對性原理：物理規(guī)律對所有的慣性系都是一樣的.“同時”的相對性：時間的度量是相對的.

時間膨脹：(：運動時，：固有時)

長度收縮：

(：運動長度

：固有長度)5洛侖茲變換

6洛侖茲變換

7洛侖茲變換

8洛侖茲坐標(biāo)變換當(dāng)u<<c時，洛侖茲變換約化為

伽利略變換；若u≥c，x’無意義！兩個物體之間的相對速度只能小于

c

。時間、空間的測量相互不能分離！時空坐標(biāo)伽利略變換9洛侖茲坐標(biāo)變換

10洛侖茲逆變換替換規(guī)則：例題4-111

解:

（1）設(shè)乙對甲的運動速度為v，由洛侖茲變換：可知乙所測得的這兩個事件的時間間隔是：例題4-112解:

（2）由洛侖茲變換：可知乙所測得的這兩個事件的空間間隔：

甲測得空間間隔：13向東？向西？問題：空間間隔的測量是相對性嗎？百米賽跑，運動員向東跑，用時10秒，另一車廂以20米/秒速度同時同向運行，則從車廂內(nèi)測得運動員跑過的距離：由伽利略變換有相同的結(jié)論。先？后？14B先出生!次序可顛倒？解：地面—S系，北京為原點；飛船—S'系

北京和上海直線距離1000km，地面上的時鐘指出，A于t1時刻在北京出生，稍后t2時刻B在上海出生(t2-t1=0.002s)。若飛船以速度u=0.9c沿北京到上海的方向飛行，從飛船上看誰先出生?AB北京上海先？后？(續(xù))15

二者符號相同!次序不能顛倒?解：地面—S系，北京為原點；飛船—S'系

AB北京上海16時序變換

與因果律問題：時空測量的相對性是否會改變因果律呢？設(shè)P1

、P2

為兩個事件，它們在S系和S‘系中的時空坐標(biāo)分別為：由洛侖茲變換有：若

P1

為因，P2

是果，則

是聯(lián)系兩者的“信號”速度(作用速度)，故又。兩事件在兩個參考系中因果關(guān)系不變.

但由于P1

，P2

無因果關(guān)系，故時序顛倒也不違背因果律。

相對性、絕對性在相對論時空中運動的描述、時空的量度都是相對的。但是，事件的因果關(guān)系卻不會因為參考系的選擇而發(fā)生變化，即時空次序不會顛倒。

這體現(xiàn)了物質(zhì)運動和時空的絕對性一面。17“上帝可能很狡黠，但他不心懷惡意?！蔽也幌嘈派系墼谕骥蛔?。jiǎoxiá

tóu例題18北京和上海直線距離1000km，在某一時刻從兩地同時開出一輛火車。現(xiàn)有一艘飛船從北京到上海的方向在高空掠過，

速率為9km/s。求宇航員測得的開車時間間隔，那一列先開?S'系宇航員測得上海先發(fā)車。解：地面—S系，北京為原點；飛船—S'系

0106==tmxDDAB北京上海狹義相對論的時空觀vs經(jīng)典力學(xué)時空觀伽利略變換：經(jīng)典力學(xué)中關(guān)于不同慣性系之間物理事件的時空坐標(biāo)變換的關(guān)系式。在伽利略變換關(guān)系中，長度和時間都是絕對量，反映的是經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀。絕對時空觀的觀點是時間、空間是彼此