《2021-2022学年高二物理竞赛课件：洛仑兹变换.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：洛仑兹变换.pptx（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、洛仑兹变换洛仑兹变换2目的：目的：寻找适合光速不变原理的新的时空变换。寻找适合光速不变原理的新的时空变换。x y zO x设设 S、S 皆为惯性系，皆为惯性系，且且O 与与 O 重合时，重合时，S 系中测量：系中测量：(1).P(x,y,z,t)x 洛仑兹变换洛仑兹变换（Lorentz transformation）ut（S系中测系中测 x 的长度）的长度）3 应该注意，应该注意，与钟一起运动的观测者是感受不与钟一起运动的观测者是感受不 当当 u c 时时 t =t，这就回到绝对时间了。，这就回到绝对时间了。对论效应，对论效应，在任何惯性系中的在任何惯性系中的1秒钟都是这样定义的。秒钟都是这样
2、定义的。但是但是在不同惯性系中，观察同一个在不同惯性系中，观察同一个135Cs原子发的特征原子发的特征到钟变慢的效应的。到钟变慢的效应的。1秒钟秒钟 定义为相对于参考系静止的定义为相对于参考系静止的 135Cs原子原子 运动时钟变慢纯粹是一种相运动时钟变慢纯粹是一种相频率光波的周期是不同的。频率光波的周期是不同的。并非运动使钟的结构发生什么改变。并非运动使钟的结构发生什么改变。发出的一个特征频率发出的一个特征频率光波周期的光波周期的9192631770倍。倍。4结论：结论：1 1 1 1）运动的钟变慢：）运动的钟变慢：）运动的钟变慢：）运动的钟变慢：2 2 2 2）运动参照系中所有物理过程的节
3、奏都变慢了。）运动参照系中所有物理过程的节奏都变慢了。）运动参照系中所有物理过程的节奏都变慢了。）运动参照系中所有物理过程的节奏都变慢了。5运动尺长度的测量：运动尺长度的测量：事件事件1：与与 x1 对齐；对齐；事件事件2：与与 x1 对齐；对齐；：动长动长：（原时）（原时）静长（静长（原长）原长）运动尺运动尺长度缩短长度缩短（length contraction）6 原长最长原长最长 运动尺的缩短是相对论的效应，运动尺的缩短是相对论的效应，在任何惯性系中在任何惯性系中1米都定义为米都定义为1/299792458秒秒由于时间延缓效应，由于时间延缓效应，与尺一起运动的观测者感受不到尺的变短。与尺
4、一起运动的观测者感受不到尺的变短。并不是运动并不是运动尺的结构发生了改变。尺的结构发生了改变。内光在真空中所通过的距离。内光在真空中所通过的距离。同一个尺在不同惯性系中所测量的长度也不同。同一个尺在不同惯性系中所测量的长度也不同。7结论：结论：1 1 1 1）运动的尺变短：）运动的尺变短：）运动的尺变短：）运动的尺变短：2 2）运动参照系中所有物体沿运动方向的尺度缩短了。）运动参照系中所有物体沿运动方向的尺度缩短了。8例例 在在O参参照照系系中中，有有一一个个静静止止的的正正方方形形，其其面面积积为为100cm2。观观测测者者O 以以0.8C的的匀匀速速度度沿沿正正方方形形的对角线运动的对角线
5、运动,求求O所测得的该图形的面积。所测得的该图形的面积。解：解：在在O参照系中参照系中A、B间对角线长度间对角线长度在在O参照系中参照系中A、B间长度间长度 O所测得的该图形的面积所测得的该图形的面积9例、孪生兄弟例、孪生兄弟(20岁岁),阿哥乘宇宙飞船阿哥乘宇宙飞船作星际旅行。飞船作星际旅行。飞船v=0.9998c,哥哥在飞哥哥在飞船上船上1年年(飞船钟飞船钟),归来时谁更年轻归来时谁更年轻?解解:地球地球S S：哥哥年轻！哥哥年轻！阿哥：阿哥：2121；弟弟：弟弟：7070时钟佯谬！时钟佯谬！弟弟：弟弟：2121；阿哥：阿哥：7070飞船飞船S S:=50=50年年双生子佯谬！双生子佯谬！
6、10双生子佯谬是一对双生子。是一对双生子。乘高速飞船到太空乘高速飞船到太空 和和遨游一段遨游一段 比自己老了，根据运动的相对性比自己老了，根据运动的相对性 ，和和运动的时钟变慢了，但运动是相对的，都认为对方的钟在运动，这将会导致都认为对方的钟在运动，这将会导致双方都认为对方的钟变慢了的矛盾结论。这就是双方都认为对方的钟变慢了的矛盾结论。这就是时钟佯谬时钟佯谬。若时间后返回地球时间后返回地球 ，发现对方发现对方 将会得出也发现也发现 对方比自己老了的矛盾结论。称为对方比自己老了的矛盾结论。称为双生子佯谬双生子佯谬。原原因因：实实际际上上,天天(航航天天器器)、地地(地地球球)两两个个参参考考系系
7、是是不不对对称称的的,地地-可可以以是是一一个个惯惯性性系系；天天-不不是是惯惯性性系系,有有加加速速度度,故故能能返返回回,否否则则他他将将一一去去不不复复返返,兄兄弟弟永永别别了。了。这这超超出出狭狭义义相相对对论论的的范范围围,需需用用广广义义相相 对对论论讨讨论论(广广义义相相对对论论讨讨论论有有严严格格的的证证明明,实实验验证证明明见见上上：Cs原原子子钟钟)。11例例 下列几种说法：下列几种说法：（1 1）所有惯性系对物理基本规律都是等价的。）所有惯性系对物理基本规律都是等价的。（2 2）在真空中，光的速度与光的频率、光源的）在真空中，光的速度与光的频率、光源的 运动状态无关。运动
8、状态无关。（3 3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向 的传播速度都相同。的传播速度都相同。其中那些说法是正确的？其中那些说法是正确的？（A A）只有（）只有（1 1）、（）、（2 2）是正确的）是正确的 （B B）只有（）只有（1 1）、（）、（3 3）是正确的）是正确的 （C C）只有（）只有（2 2）、（）、（3 3）是正确的）是正确的 （D D）三种说法都是正确的。）三种说法都是正确的。答案答案：（D）12思考思考 设惯性系设惯性系S 相对于惯性系相对于惯性系S以速度以速度u u沿沿x x轴正轴正方向运动，如果从方向运动，如果从S系的坐标原点系的坐标原点O沿沿 正方向正方向发射一光脉冲，发射一光脉冲，则（则（1 1）在）在S系中测得光脉冲的传播速系中测得光脉冲的传播速 度为度为C （2 2）在）在S系中测得光脉冲的传播速系中测得光脉冲的传播速 度为度为 以上两个说法是否正确？如有错误，请说以上两个说法是否正确？如有错误，请说 明为什么错并予以改正。明为什么错并予以改正。13.P x S 系中测量：系中测量：(2)(1)、(2)联立，得：联立，得：z x S O y x y zO S（S 系中测系中测 x 的长度）的长度）