熱學：黑體輻射（1899）量子物理Planck1900狹義相對論Einstein1905十九世紀八十年代，經典物理達到“黃金時代”光學：邁克耳遜－莫雷實驗（1887）第三章相對論近代物理誕生的歷史背景

-------世紀之交物理學六大懸案1.邁克爾遜-莫雷實驗---尋找以太的企圖失敗(1887);2.固體和氣體的熱容量,理論和實驗結果不一致;3.氫光譜的實驗規律(1885)4.原子的組成及其穩定性(1896,1897,1911)5.1887年赫茲發現了光電效應---波動說之困難;6.熱輻射中的紫外災難第一個導致了1905年的狹義相對論后五個問題導致了量子論的誕生狹義相對論不考慮物質質量對時空的影響

1905年《論動體的電動力學》論文廣義相對論考慮質量對時空的影響關于引力的理論狹義相對論:關于時、空與物質運動關系的理論1879年3月，出生在德國的一個猶太家庭。6歲學習小提琴。上學后，成績平平，但愛動腦筋，12歲曾證明勾股定理。1896年，進入蘇黎士工業大學。童年時的愛因斯坦

愛因斯坦(1879-1955)簡介博聞苦思，好學進取“如果我以速度c追隨一條光線運動，我應當看到什么現象呢？”年輕時的愛因斯坦16歲時,愛因斯坦就思考:A=X+Y+ZA-成就X-努力工作Y-懂得休息Z-少說廢話成功秘訣

o與o’重合時，tt’zz’yy’vtxx’===-=zzyyxxvv’vv’vvv’==-=zyxxa’a’aa’===ayaz一、伽利略變換:P(x,y,z,t)(x’,y’,z’,

t’)vz’vtzS3-1狹義相對論產生的實驗基礎和歷史條件力學規律在任何慣性系中形式相同。（或：在研究力學規律時，一切慣性系都是等價的。）二、力學相對性原理,經典力學時空觀經典力學認為：質量與坐標系無關即即牛頓運動方程對伽里略變換是不變的。注：以上推導已經不自覺地對時間和空間的性質作了某些假設。2、時間也是與物質的運動無關而永恒地、均勻地流逝著，是絕對不變的。1、空間的量度（如兩點間距離）與慣性系無關，是絕對不變的。三、伽利略變換的困難(經典力學的困難)1)

光速c

2)速度合成法則實驗預計：能觀測到0.37條的條紋移動。實際結果：沒有觀測到條紋移動。即邁克爾孫－莫雷實驗零結果。四、邁克爾孫－莫雷實驗（1887年）ba1M2MPPM1=PM2900邁克爾孫－莫雷實驗零結果意味著：

2、電磁現象也滿足物理理論的相對性原理。1、根本就不存在一個假想的以太參照系。……形形色色的修補”以太風”學說3-2狹義相對論基本原理洛侖茲變換一、狹義相對論兩個基本假設：1、相對性原理：物理學定律在任何慣性系中都是相同的。

2、光速不變原理：在所有慣性系中，測得光在真空中的速率都是相同的。或：二、洛侖茲變換：P(x,y,z,t)(x’,y’,z’,

t’)vz’vtzS1、在洛侖茲變換下，一切物理定律的數學表達式保持不變。3、光速是自然界的極限速度。2、相對論將時間和空間，時空與物質運動聯系起來。4、在日常時間，v<<c，，洛侖茲變換過渡到伽利略變換。說明：四、洛侖茲速度變換將上式中u以-u代入可得：(S’S)(SS’)幾點討論：1.倒逆性：,則不論u多大，恒有,則不論u多大，恒有2.驗證了光速不變原理：,則不論u多大，恒有,則不論u多大，恒有例2：設想一飛船以0.80c的速度在地球上空飛行，如果這時從飛船上沿速度方向發射一物體，物體相對飛船速度為0.90c

。問：從地面上看，物體速度多大？s解：選飛船參考系為S'系地面參考系為S系yxx1x2t1t2v愛因斯坦火車以v勻速通過車站（S系），S系：兩閃電同時（t1=t2)擊中車尾(x1)和車頭(x2)問：S’系（火車）：兩閃電是否同時擊中車尾和車頭？一、同時的相對性3-3狹義相對論時空觀根據洛侖茲變換：可見：在S’系（火車）上觀察，擊中車頭的閃電比擊中車尾的閃電要早些。2、在一個慣性系中不同時，也不同地發生的兩件事，在另一慣性系中倒有可能同時發生。1、在一個慣性系中同時不同地發生的兩事件，在別的慣性系中就不同時發生。3、同時同地發生的兩事件，在所有慣性系中都同時同地發生。結論：二、長度的相對性:長度縮短/動尺縮短yxt1t2x1x2在S系中觀察者看來，此棒長為：x’x1’x2’y’vS’系中有一靜止的棒，固有長度為L0,占有坐標為、即沿運動方向，物體的長度要收縮。說明：1、在相對物體為靜止的慣性系中測得的物體長度是最長的，稱固有長度。2、時，3、時，4、測量運動物體的長度，必須對其兩端的坐標同時進行測量。[不能說“看到”]5、長度的收縮只發生在運動方向上，在與運動方向垂直的方向不發生長度收縮。例：立方體邊長為a，則體積為a3，若該立方體沿一邊長方向運動，則體積為多大？解：體積變小了.例：一根米尺沿著它的長度方向相對你以0.6c速度運動，米尺通過你面前所需時間是

解一錯誤！解二)s(

1044×.0c6.0t

9-==lD正確！附:高速運動物體的測量形象與視覺形象三、時間間隔的相對性:

時間延緩——運動時鐘變慢在S’系：x’處固定有一只鐘，測得該處兩個事件發生的時間分別為t1’、t2’。在S系：觀察者測得兩個事件發生的時間分別為t1、t2。

由即：S系測得的時間要長些，說明S’系上的鐘“走慢了”。SS’SS’SS’討論：時間膨脹又叫時鐘變慢。

vvSOS3OS系上的人測出該過程經歷了’S3O’SO系上的人測出該過程也經歷了’S相對于自己運動的人的手表走得慢。1、在相對于某個慣性系靜止的一點，觀察兩個事件的時間間隔最短，稱為固有時間。說明：2、時鐘變慢是相對的，并非機械故障。不能說明哪個時鐘是正確的或錯誤的。3、時，日常生活中觀察不出這種效應，并非沒有此效應。例2、一飛船以u=9×103m/s的速率相對于地面勻速飛行。飛船上的鐘走了5s,地面上的鐘經過了多少時間？思路：飛船上的鐘走了5s，比地面上的鐘經過的時間要慢。孿生子佯謬孿生子效應可用儀器來模擬1971年銫原子鐘向東繞的鐘慢59納秒向西繞的鐘快27納秒例：觀察者甲測得同一地點發生的兩個事件的時間間隔為4秒，乙相對甲以0.6c的速度運動，則乙觀察這兩個事件的時間間隔為:5秒三、相對論時鐘延緩和長度收縮的近代實驗驗證*不穩定的基本粒子（如m、p粒子）產生后經一定時間自動衰變為其他粒子。這些粒子在它們自身的慣性系中有各自確定的平均壽命，稱固有壽命t。例1、+介子固有壽命為2.6×10-8s,在高能加速器中+介子獲得0.75c的速度,實驗室測得+介子在衰變前通過的距離是多少？2、若考慮相對論效應，則有3、實驗室測得結果：解：1、若不考慮相對論效應，則有例3：半人馬星座a星是距太陽最近的恒星，它距地球,設有一宇宙飛船自地球飛到該星，飛船對地速度v=0.99c，地球上的鐘測得多少年？若以飛船上的鐘計算，又為多少年？解：以地球上的鐘計算：以飛船上的鐘計算：說明此題與實際不符，全球的能量供給飛船，也不可能達到0.999c。飛船若以20km/s飛行，需要6.8萬年。在s中：先開槍，后鳥死在s中：是否能發生先鳥死，后開槍？時序:兩個事件發生的時間順序。在s中：t1t2>前事件1：t1x1()，開槍后，事件2：t2x2()鳥死子彈v

四、時序與因果律v=t1t2x1x2()()子彈速度信號傳遞速度所以由因果率聯系的兩事件的時序不會顛倒。在s中：仍然是開槍在前，鳥死在后。在s中：cut1=2t1β12x1cut2=2t2β12x2=t2t1β12c2)()1(>0uvt2t1vc2u>因為所以，t2t1>3-4狹義相對論動力學

一、動量、質量、速度的關系1、動質量公式：討論（1）m:相對論質量,m0:靜質量。（2）v：物體相對于某一參照系的速度。（3）可認為質量與速度無關，等于其靜質量。（4）以光速運動的粒子（如光子、中微子等），它們的靜質量必為零。2、動量公式：牛頓第二定律的原始形式：運動物體在恒力作用下，沒有恒定的加速度。3、相對論中的動能

物體的動能就是使物體從靜止開始運動到速度為v時，合外力所作的功。力的沖量等于動量的改變量.相對論動能討論4、靜能、總能靜能：總能：動能：5、質能關系式6、原子能的預言Einstein指出：如果使粒子系統的靜質量減少，它就會釋放出的巨大能量。例、試計算氫彈爆炸中核聚變反應之一所釋放出的能量，其聚變方程為各種粒子的靜止質量為：氘核：m1=3.3437×10-27kg氚核：m2=5.0049×10-27kg氦核：m3=606425×10-27kg中子：m4=1.6750×10-27kg解：質量虧損為：相應釋放的能量為：1kg這種核燃料所釋放的能量為：這相當于同質量的優質煤燃燒所釋放熱量的1千多萬倍！二、能量與動量關系式注：存在“無質量”粒子的可能性。這些粒子具有動量、能量，但沒有靜質量（），即：E=cp結論：一個靜質量為零的粒子，在任一慣性系中都只能以光速運動，永遠不會停止。對光子：動量基本方程動能總能（質能關系）動量與能量的關系質量靜能相對論動力學與經典力學對比例：一電子以v=0.99c的速率運動，求：1）電子的總能量。

2）電子的經典力學動能Ek0

與相對論動能Ek之比。（me=9.1×10-31kg)解：1）2）1955年4月18日，由于大動脈破裂，愛因斯坦去世,享年76歲。

1955年4月18日，百年科學巨匠、物理“至尊”愛因斯坦溘然長逝；50年后的這一天一項最重