12.1狭义相对论的历史背景.ppt

上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页§12.1 狭义相对论的历史背景狭义相对论的历史背景 §12.1.1 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 §12.1.2 菲索与迈克耳孙菲索与迈克耳孙—§12.1.3 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上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页§12.1.1 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 第十二章第十二章 相对论简介相对论简介 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？§12.1 狭义相对论的历史背景狭义相对论的历史背景上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页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 §12.1.2 §12.1.2 菲索与迈克耳孙菲索与迈克耳孙——莫雷实验莫雷实验 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页水速水速v <c，，  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|<

我们仅考虑它们即碰撞处我们仅考虑它们之中的之中的K0粒子粒子.它经它经d=1 10-1m 的距离便衰变为两个具有相反电的距离便衰变为两个具有相反电荷的荷的  介子介子.若若 K0的速度为的速度为 v=2.24 108m/s,试求其固有寿命试求其固有寿命.上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页[解解] 粒子的速率已达粒子的速率已达2.24 108m/s ,达光速达光速70%以上以上,应当用相对论计算应当用相对论计算.题中题中d和和v显然是实验室中测得显然是实验室中测得的的.从实验室测得的粒子运动的时间间隔为从实验室测得的粒子运动的时间间隔为 表明固有时间间隔最短表明固有时间间隔最短.K0粒子的固有寿命应为粒子的固有寿命应为上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页§12.3 相对论的速度变换相对论的速度变换上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页§12.3 相对论的速度变换相对论的速度变换 设坐标系设坐标系S  相对于坐标系相对于坐标系S 以速度以速度 u 沿沿 x 轴正轴正向运动向运动,则则对于对于S系而言：系而言：则则对于对于S  系而言：系而言：从从v x讨论讨论 (12.3.1)上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页代入（代入（12.3.1）式中得）式中得 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页逆变换逆变换 正变换正变换 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页菲涅尔研究介质对其中光速的影响实验结果菲涅尔研究介质对其中光速的影响实验结果 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页[解解] 按折射率与光速关系按折射率与光速关系,光在静止介质中的光速光在静止介质中的光速为为c/n .又因介质运动和光传播同方向或相反又因介质运动和光传播同方向或相反,由洛由洛伦兹速度变换伦兹速度变换,得得略掉略掉 及更高阶小量及更高阶小量,即得证即得证.[例题例题] 试用相对论证明试用相对论证明 又可写作又可写作 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页§12.4.1 相对论的动量相对论的动量 §12.4.2 相对论的质能公式相对论的质能公式 §12.4.3 动量动量-能量公式能量公式 §12.4.4 动量中心动量中心 §12.4 相对论的动量和能量相对论的动量和能量上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页§12.4 相对论的动量和能量相对论的动量和能量 相对论的四维动量为相对论的四维动量为 其中其中 为动量的三个空间分量为动量的三个空间分量 1. 相对论动量相对论动量 矢量式矢量式 §12.4.1 §12.4.1 相对论的动量相对论的动量上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页质速关系质速关系 m0为静止质量为静止质量 光子静止质量为零光子静止质量为零. 1901年考夫曼发现年考夫曼发现电子的质量是随速度增电子的质量是随速度增加而增加的加而增加的.m>m0 已被实验证实已被实验证实. m/m012340.20.41.000.60.8v/c52. 质速关系质速关系 3. 动力学方程动力学方程 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页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. §12.4.2 §12.4.2 相对论的质能公式相对论的质能公式 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页与经典一致与经典一致当当 v << c 时时4.动能动能 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页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（年由考克罗夫特（J.D.Cockcroft）和瓦尔顿）和瓦尔顿（（G.T.S.Walton）提供的）提供的.他们利用加速器加速质子并轰击他们利用加速器加速质子并轰击锂（锂（Li）靶）靶.锂原子核吸收质子形成不稳定的核随即蜕变锂原子核吸收质子形成不稳定的核随即蜕变为两个为两个 粒子，它们以高速沿相反的方向运动粒子，它们以高速沿相反的方向运动. 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.上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页对光子对光子 m0=0 §12.4.3 §12.4.3 动量动量-能量公式能量公式 上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第十二章第十二章 相对论简介相对论简介返返 回回上上 页页下下 页页对光子对光子 m0=0 当当 v<