狭义相对论

这是一篇关于狭义相对论的思维导图，主要内容包括：第二十三章质点力学，第二十二章狭义相对论。总结全面细致，适合做为复习资料。

狭义相对论

• 第二十三章
  • 质点力学
    • 光行差现象
      • 在不同的惯性系中观测到光的传播方向不同的现象，为光行差现象
        • 星光速度大小:
    • 相对论质量-速度关系
      • 1.动量定义
        • • 一切惯性系在描述物理规律上都是等价的
      • 2.动量守恒定律
      • 3.能量守恒定律=运动质量守恒
        • • 在封闭的系统中，总能量守恒
      • 都与牛顿力学中的定义相同
        • • 相对论质量
            • • （1)u是物体相对于某一参照系的速率，不是两个参照系的相对速率
              • （2)当u<<c，m≈m0，可以认为物体的质量与速率无关
              • 意义
                • （1)深刻地揭示了物质与运动不可分割的属性
                • （2）满足极限速度原理：u不可能超过光速c
    • 相对论动量-能量关系
      • • 对于光子，p=E/c，光子是具有动量的
    • 相对论质点力学方程
      • 1.质点所受到的作用力（定义式）
      • 2.作用力的功率（定义式）
    • 动量
    • 动能
      • 相对论动能
        • 力F对物体做功使物体的速率由0增大到u时，力所做的功
      • 总能量
        • • 物体在任意运动状态下的总能量
            • 在封闭的系统中，总能量守恒
              • 在封闭的系统中，相对论质量守恒
                • 静止质量不守恒，其亏损以能量的形式表现出来
      • 静止能量
        • • 除动能以外的一切能量（固有能），任何静质量不为零的物质都有这一能量。它包括热能、化学能、以及各种微观粒子相互作用所具有的势能
    • 核裂变、聚变和核能应用
      • 1.核裂变
      • 2.核聚变
        • • 结合能
• 第二十二章
  • 狭义相对论产生的背景和实验基础
    • 绝对时空理论
      • 绝对时空观
        • 时间间隔、空间间隔与质量的测量与观测者所在的参考系无关，是绝对的
      • 伽利略变换
        • 物理事件
          • 无限小空间元、无限短时间间隔内发生的物质运动过程
            • 质点的运动过程就是一系列物理时间接续发生的过程
              • 伽利略变换描绘了绝对时空观下，同一个物理事件在两个惯性系S,S'钟坐标变换关系
      • 力学相对性原理
        • • 对于所有惯性系，力学现象都遵从相同的规律，力学规律都各自有相同的形式。或者说，在研究力学现象时的一切惯性系都是等价的
    • 电磁现象与绝对时空理论的矛盾
      • 电磁现象的物理规律不满足力学相对性原理
        • 电磁波在真空中沿各方向的传播速度都等于光速，与光源或观测者的运动无关
          • 电磁理论：
            • 结论：光速不遵守经典速度相加原理（伽利略速度变换）
    • 狭义相对论的实验基础
      • 1.迈克尔逊——莫雷实验
        • 实验结果：采用不同光源（恒星、激光）及改进的实验装置，在不同的时间、地点仍重复得到“零结果”
          • 光沿不同方向传播的速度没有差异
            • 结论：观测不到地球相对以太的运动
      • 2.光行差实验——否定以太曳引说
      • 3.肯尼迪和桑代克实验——否定收缩假设
  • 基本原理
    • 相对性原理
      • 即不能用力学方法，也不能用电磁学、光学等一切物理学方法确定诸惯性系之一是特殊的。或在实验室进行的任何物理实验（力学、热学、电磁学、光学等）都不能确定实验室是处在静止状态或匀速直线运动状态。这一假说称为物理学相对性原理（或爱因斯坦相对性原理）
        • 也可表述为：一切惯性系在描述物理规律上都是等价的
    • 光速不变原理
      • 真空中光在一切惯性系中的速度都是c，与光源（或观测参考系）无关
  • 洛伦兹变换
    • 同时的相对性
      • 沿垂直于相对运动方向上发生的两个事件的同时性是绝对的
    • 动钟延缓效应
      • • • 说明
            • 1）动钟延缓是运动参考系中发生的一切过程延缓
              • 时间流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程
            • 2）对称条件下，动钟延缓相对的->不存在绝对时间
            • 3）在低速领域，相对论效应可忽略
    • 动尺收缩效应
      • 1.长度测量
        • （a)运动长度测量需要同时性
        • （b)根据爱因斯坦相对性原理，同时性是相对的，那么运动时间测量也是相对的
        • （c)静止长度测量不需要同时性，此长度称为固有长度
      • 2.运动长度收缩
        • • • 说明
              • 1）动尺收缩效应具有与动钟延缓相当的物理意义
              • 2）长度收缩只发生在物体运动的方向上
                • 垂直运动方向的长度不会因为物体的改变而发生改变
    • 相对论时空观的实验证明
      • 1.铯原子钟超音速环球飞行试验
      • 2.μ子衰变
      • 其他实例
        • 电磁波的横向多普勒效应
    • 洛伦兹变换
      • • • • 说明
              • 1.是同一事件在两个惯性系中时空坐标间的关系。若不是同一事件，则不适用
              • 2.以数学语言反映新时空观
              • 3.在低速领域->伽利略变换
              • 4.光速是物质运动的极限速度
    • 因果律
      • 1.两无关事件顺序的相对性
        • • 结论：不同惯性系中两无关事件的先后次序可以被颠倒。但这并不意味时光可以倒流！
      • 2.有因果关系的两事件的顺序
        • • 任何物体或信号传播的速度都不能超过真空中的光速——极限速度原理
            • 有因果关系的两事件的先后次序是绝对的
  • 洛伦兹速度变换
    • 相对论速度合成
      • 1.相对论中速度定义
      • 2.相对论速度变换公式
        • • • • 意义：在洛伦兹变换下，真空中的光速在所有惯性系中都相同——与光速不变原理一致
    • 相对论中的多普勒效应
      • （1）光的纵向多普勒效应
      • （2）光的横向多普勒效应
      • （3）光的多普勒效应的应用