同学们好 ！
大学物理
第 2页 共 34页
上讲内容,
同时的相对性
同时性概念是因参考系而异的，在一个惯性系中
认为同时发生的两个事件，在另一惯性系中看来，
不一定同时发生。
时间量度的相对性 (时间膨胀 )
? 从相对事件发生地运动的参考系中测量出的时间总比
原时长 (时间膨胀 )。
? 每个参考系中的观测者都会认为相对自己运动的钟比
自己的钟走得慢 (动钟变慢 )。
在一切时间测量中，原时最短。
大学物理
第 3页 共 34页
? = ? ?0
静系中同地事件的时间间隔为 原时,
动系中异地事件的时间间隔 为 非原时 。
空间量度的相对性 (动尺缩短 )
空间间隔的测量是相对的，物体的长度与惯性系的选
择有关；在一切长度测量中 原长最长 。在其他惯性系
中测量相对其运动的尺，总得到比原长小的结果 ——
动尺缩短。
在相对于物体静止的参考系中测量的长度 —— 原长
在相对于物体运动的参考系测量长度，两端坐标
一定要同时测量 —— 非原长
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洛仑兹变换
? ?
?
?
?
?
?
?
???
??
??
???
x
c
u
tt
zz
yy
utxx
2
?
?
回顾
s s?
y?y
z z?
x x?
o o?
大学物理
第 5页 共 34页
洛仑兹变换的意义
★ 给出了对物理定律的约束条件, 即物理定律在洛仑
兹变换下的不变性。
这种不变性显示出物理定律对匀速直线运动的对称性，
这种对称性也是自然界的一种基本对称性，即 相对论
的对称性 。
牛顿力学必须改造！
大学物理
第 6页 共 34页
牛顿力学定律 不满足洛仑兹不变性，不满足
光速不变原理,必须加以改造。
mFa /?? ?
牛顿第二定律
21 ' cuv
uvv
x
x
x ?
??由洛仑兹速度变换 得,
23 )1/(
2C
uv
xx xaa ???
??
加速度变换公式
??v
mFa xx /?
X方向的分量,
牛顿力学必须改造！
大学物理
第 7页 共 34页
第四节 狭义相对论力学基础
一、改造经典力学的两条原则
1,狭义相对性原理 (对称性思想 )的要求
2,对应原理的要求
即,
相对论力学定律 经典力学定律 cu ??
相对论力学量 经典力学量 cu ??
改造后的力学定律必须是洛仑兹变换的不变式
新理论应该包容那些在一定范围内已被证明是正确
的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论。
大学物理
第 8页 共 34页
牛顿力学是建立在伽利略时空观基础之上的，以伽利略时空
观为基础定义了一套力学量,如：速度、加速度、动量 ……,
现在在相对论时空观的基础上建立相对论动力学，必须重新
定义一套概念。如果仍要用以前的概念则必须重新赋于新的
理解。
改造牛顿力学的思路
相对论力学量 经典力学量 cu??
新的物理量应使基本守恒定律继续成立
注
意
思路, 重新定义质量、动量、能量，使相应的守恒
定律在相对论力学中仍然成立。
大学物理
第 9页 共 34页
二、质量概念的修正
在相对论中，质量与惯性系的选择有关。？？？
(2) 这可以从 物体不能加速到光速 这一客观实事中
得到启发。
(1)时间、长度的测量都是相对的；质量的测量也
应是相对，与惯性系的选择有关。
物体的质量随着它速率的增大而增大。
大学物理
第 10页 共 34页
1,质速关系
设在相对论中，质量与时间、长度一样，与惯性系
的选择有关。
静系中,动系中,
0m )(um
s?
u
s?
xv?
A
A B
B
固接于粒子 A的 系 s?
理想实验,全同粒子的完全非弹性碰撞
s
u
s
xv
A
A
B
B
固接于粒子 B的 系 s
定义物体的动量,uump ?? )(?
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在两坐标系中，粒子系统质量守恒、动量守恒。
质量守恒,
动量守恒,
)()(0 xvMumm ??
xx vvMuum )()( ?
固接于粒子 B的 系 s
s
u
s
xv
A
A
B
B
)(
)(
0 umm
uumv
x ??
解得,
质量守恒,
动量守恒,
)()(0 xvMumm ???
xx vvMuum ???? )()(
固接于粒子 A的 系 s?
s?
u
s?
xv?
A
A B
B
)(
)(
0 umm
uumv
x ????
大学物理
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)(
)(
0 umm
uumv
x ????;
)(
)(
0 umm
uumv
x ??
代入洛仑兹速度变换
21 c
uv
uv
v
x
x
x
?
?
??
0
2
2
0
1
)( m
c
u
m
um ??
?
?
得质速关系,
0)( mum ?
cu ??
满足对应原理的要求,cu
m
0m
o 1.0
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实验验证, 测高速电子的荷质比
e??
mF
?
A
1s
2s
eF
??
x
??
B? 0s
0B
?
?
?
?? ?? ?
u?
??
?? ?
?
?
?
?
? ?
? ?
? ? ?
?
? ?
R
经典情况,
常数??
?
BR
u
m
e
R
mu
e u B
2
0
2
2
0
1
m
e
c
u
m
e
m
e ????
?
相对论情况,
?? meu 时：当
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三、质能关系
)83211()1()( 4
4
2
2
00
2
1
2
2
0 ????????
?
c
u
c
umm
c
umum ?
将质速关系按幂级数展开，得
两边同乘以 c2 得
)431(21 2
2
2
0
2
0
2 ?????
c
uumcmmc
2
0
2
0k
cmmc
EEE
??
??
相对论动能
cu ??
2
0k 2
1 umE ?
定义,
2mcE ?
2
00 cmE ?
总能量
静能量
质能关系
课外练习
推导
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cu ??
2
0k 2
1 umE ?
2
00 cmE ?
E
v/c o
E0
2mcE ?
E = mc2
2020k cmmcEEE ????E
k=mc2-m0c2
2k
2
1 muE ?
实验验证 核嬗变,由参加反应各原子质量，反应前
后能量损失计算出的光速与实验值相符。
-182 sm1098.2 ??????? cmcE
正负电子对湮灭,由质能关系计算出的辐射波长与实
验值相符。
21 ?? ???
?? ee
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第 16页 共 34页
质能关系的意义,
1)质量概念进一步深化
质量是约束能量的形式，是能量的载体。质量、能
量不可分割，没有脱离质量的能量，也没有无能量的质
量。无论物质如何运动，二者只由常数 c2相联系。
相对论总能 E包含了物体的全部能量 (机械能、电磁
能、原子能等 )，解决了经典物理未能解决的物体总能
问题。
2) 质能关系统一了质量守恒定律和能量守恒定律
在经典物理中二者互相独立，在相对论中二者关联，
平行进行。在孤立系统内,
静质量 动质量
静能 动能 总质量、总能量不变
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第 17页 共 34页
3) 质能关系是人类打开核能宝库的钥匙。
mcE ??? 2
核反应中释放的能量相应于
一定的质量亏损。
重核分裂、轻核聚合都会造成质量亏损，从而释放能量
应用：原子弹、氢弹、核电站 ……
核反应中能量守恒,
2
2
021
2
01 KK EcmEcm ???
2
020112 )( cmmEE KK ???
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第 18页 共 34页
我国核电站：大亚湾，秦山一期、二期、三期，岭澳
… 正建设先进的高温气冷堆示范电站
全世界运行核电机组,438台；总装机容量,3.5亿
千瓦；占发电量,16％；我国核电占 10%。
小资料
中国核电网 www.nuc-power.com
国家原子能机构网 www.caea.gov.cn
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第 19页 共 34页
我们经常听到这样一句话, 质量可以
转换为能量,？
不能。能量守恒，意味着质量也永远守恒。
正负电子对的湮没，毁灭的是静
止质量，正负电子的质量完全转
换成了光子的质量。
0
2 mcE ???
判断正误
21 ?? ???
?? ee
例,
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第 20页 共 34页
四、能量与动量的关系
于是
2
2
2
2
0
2
2
0
1)(1 p
E
c
cm
c
v
cm
E
?
?
?
?
1.相对论动量
vmvvmp ??? 0)( ???
满足对应原理。vmpcv ?? 01 ???? ?
2,能量与动量的关系
由
2mcE ?
vmp ?? ? 消去 得 m
2
2
4
2
2
p
E
cvp
E
cv ??? ??
42
0
222 cmcpE ??
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42
0
222 cmcpE ?? E
20cm
pc当 时
cv ?? 讨论,
? ?
2
0
0
0
00
2
0
222
2
1
)(
))((
cmE
EE
EEE
EEEE
EEpc
k
k
k
?
???
??
???
??
?
0
2
2 m
pE
k ?
满足对应原理
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第 22页 共 34页
五、相对论动力学基本方程
从相对论角度审视经典力学的基本定律,
1,惯性定律对洛仑兹变换 (为线性变换 )保持不变,
在相对论中成立。
2,牛顿第二定律
由,vmvmp ???
0???
)(
d
d
d
d
0 vmtt
pF ??? ??? 相对论动力学基本方程 得,
amtvmFcv ?
??
00 d
d1 ????? ? 满足对应原理
大学物理
第 23页 共 34页
3,确立“场”的实在地位,牛顿第三定律失去意义
牛顿第三定律建立在超距作用和绝对时空观基础之
上，而相对论认为场是传递相互作用的媒介，是物质
存在的形式,粒子 粒子 场
小结：相对论动力学的三个主要关系
能量与动量的关系,42
0
222 cmcpE ??
0220 1)( mcumum ????
质速关系,
质能关系,
2020k cmmcEEE ????
动能
mcE ??? 2
2
00 cmE ?
总能
静能
2mcE ?
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第 24页 共 34页
练习 1 用相对论讨论光子的基本属性
1,光子的质量
2
2
0
1
c
u
m
m
?
?
由 可知
才能为有限值，只有时当 mmcu 0,0 ??
一切以光速运动的微观粒子，其静止质量必为零。
即：光子在任何参考系中均以光速运动，找不到与
光子相对静止的参考系。
?
?
c
h
c
h
c
Em ???
22光子
大学物理
第 25页 共 34页
2,光子的动量
太阳辐射能流,-23 mw1036.1 ??
产生光压,
-26 mN105.4 ?? ?
又由
0; 0420222 ??? mcmcpE
可知
?
? h
c
h
c
Ep ???
光子例如
一个静质量为 的粒子，以 的速率
运动，并与静质量为 的静止粒子发生对心碰撞以
后粘在一起，求合成粒子的静止质量。
cv 8.0?0m
03m
练习 2
问题, 合成粒子的静止质量是 吗？ 04m
大学物理
第 26页 共 34页
解,设合成粒子的运动质量为 M，速率为 u，由动量
守恒和能量守恒,
)2(3
)1(
222
0 Mcmccm
Mumv
??
?
由于
6.08.011
0
2
0
2
2
mm
c
v
mm o ?
?
?
?
?
代入 (2)式得
0
0
0 3
14
6.03 m
mmM ???
再代入 (1)式得 c
M
mvu
7
2??
0
2
02
2
0 47.47
21
3
141 mm
c
uMM ??
?
??
?
?????
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第 27页 共 34页
解,(1) 由题意 2
)(1
1
20
0
0
?
?
???
c
vvm
vm
p
p
?
?
可得,ccv 86 6.0
2
3 ??
在什么速度下，粒子的动量等于其非相对论
动量的两倍？又在什么速度下，粒子的动能等于其
非相对论动能的两倍？
练习 3
(2) 由题意 2
2
1
)1(
2
0
2
0
0k
k ???
vm
cm
E
E ?
得 ccv 7 86.0
2
15 ???
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第 28页 共 34页
解,由题意
M e V00.20202 ???? cmmcE
可得
1.40
511.0
20511.0
2
0
2
0
2
0
2
0
???????
cm
Ecm
cm
mc
m
m
已知, 一个电子的静能为 0.511MeV，经同步
加速器加速后，能量增量为 20.00MeV,
求,该电子质量与其静质量之比。
练习 4
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第 29页 共 34页
狭义相对论的 意义和局限
一、相对论把对称性思想提高到作为构建物理理
论的出发点的高度
1,表面的相对性蕴藏着内在的绝对性
长度、时间、质量等的相对性来自具有绝对性的基
本原理,
物理定律的数学形式
真空中的光速 不随参考系变化
2,揭示出一些物理量的关联，建立起新的不变量，
更深刻地反映了自然界的对称性。
四维时空，质能关系，能量、动量关系 ……
大学物理
第 30页 共 34页
3,相对论不变性成为约束其他理论的原则之一，用
以排除、改造不符合相对性原理的规律。
二、相对论改变了人类的观念和生活
1.宇宙观的发展
地球是宇宙的中心
地球 (太阳系、银河系 )是宇宙中特别优越的惯性系
一切惯性系等价，宇宙无中心，取消地球的特殊地位
人类以崭新观念探讨人与宇宙的关系，建立人与自然
和谐发展的新自然观
*Einstein在 1917年发表, 根据广义相对论对宇宙
学所作的考查, —— 标志着现代宇宙学的开始
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第 31页 共 34页
3,科学观的革新
人们用于描述客体属性的概念并不完全是客体自身的
实在性质，而是反映了客体与观察者的某种关系，均要
受到人类认识手段和思维方式的限制，人类对自然的探
索是永无止境的。
4,扩大了人类实践活动的领域
低速 高速
宇观
微观
打开核能利用的大门
2,时空观、物质观的深化
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第 32页 共 34页
三、相对论不是终极理论
1) 未包容非惯性系和引力定律，对称性尚不完善
? 狭义相对论只适用于惯性系，即惯性系比非惯性
系“优越”，所反映的自然规律的对称性不完善。
? 狭义相对论的洛仑兹变换不能保持引力形式不变，
即狭义相对论不能包容万有引力定律。
2) 受决定论思想方法支配，未包容微观世界的统
计规律
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第 33页 共 34页
3) 未能揭示时间箭头的物理意义
t
t
大学物理
第 34页 共 34页
四、广义相对论的建立
目标,实现惯性系和非惯性系的平权。
改造引力理论。
相对论只是物理理论发展中的一个台阶，它不能穷尽
各层次事物间的相互联系和作用方式，相对论不是终极
理论。
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第 2页 共 34页
上讲内容,
同时的相对性
同时性概念是因参考系而异的，在一个惯性系中
认为同时发生的两个事件，在另一惯性系中看来，
不一定同时发生。
时间量度的相对性 (时间膨胀 )
? 从相对事件发生地运动的参考系中测量出的时间总比
原时长 (时间膨胀 )。
? 每个参考系中的观测者都会认为相对自己运动的钟比
自己的钟走得慢 (动钟变慢 )。
在一切时间测量中，原时最短。
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第 3页 共 34页
? = ? ?0
静系中同地事件的时间间隔为 原时,
动系中异地事件的时间间隔 为 非原时 。
空间量度的相对性 (动尺缩短 )
空间间隔的测量是相对的，物体的长度与惯性系的选
择有关；在一切长度测量中 原长最长 。在其他惯性系
中测量相对其运动的尺，总得到比原长小的结果 ——
动尺缩短。
在相对于物体静止的参考系中测量的长度 —— 原长
在相对于物体运动的参考系测量长度，两端坐标
一定要同时测量 —— 非原长
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第 4页 共 34页
洛仑兹变换
? ?
?
?
?
?
?
?
???
??
??
???
x
c
u
tt
zz
yy
utxx
2
?
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回顾
s s?
y?y
z z?
x x?
o o?
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第 5页 共 34页
洛仑兹变换的意义
★ 给出了对物理定律的约束条件, 即物理定律在洛仑
兹变换下的不变性。
这种不变性显示出物理定律对匀速直线运动的对称性，
这种对称性也是自然界的一种基本对称性，即 相对论
的对称性 。
牛顿力学必须改造！
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第 6页 共 34页
牛顿力学定律 不满足洛仑兹不变性，不满足
光速不变原理,必须加以改造。
mFa /?? ?
牛顿第二定律
21 ' cuv
uvv
x
x
x ?
??由洛仑兹速度变换 得,
23 )1/(
2C
uv
xx xaa ???
??
加速度变换公式
??v
mFa xx /?
X方向的分量,
牛顿力学必须改造！
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第 7页 共 34页
第四节 狭义相对论力学基础
一、改造经典力学的两条原则
1,狭义相对性原理 (对称性思想 )的要求
2,对应原理的要求
即,
相对论力学定律 经典力学定律 cu ??
相对论力学量 经典力学量 cu ??
改造后的力学定律必须是洛仑兹变换的不变式
新理论应该包容那些在一定范围内已被证明是正确
的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论。
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第 8页 共 34页
牛顿力学是建立在伽利略时空观基础之上的，以伽利略时空
观为基础定义了一套力学量,如：速度、加速度、动量 ……,
现在在相对论时空观的基础上建立相对论动力学，必须重新
定义一套概念。如果仍要用以前的概念则必须重新赋于新的
理解。
改造牛顿力学的思路
相对论力学量 经典力学量 cu??
新的物理量应使基本守恒定律继续成立
注
意
思路, 重新定义质量、动量、能量，使相应的守恒
定律在相对论力学中仍然成立。
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第 9页 共 34页
二、质量概念的修正
在相对论中，质量与惯性系的选择有关。？？？
(2) 这可以从 物体不能加速到光速 这一客观实事中
得到启发。
(1)时间、长度的测量都是相对的；质量的测量也
应是相对，与惯性系的选择有关。
物体的质量随着它速率的增大而增大。
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第 10页 共 34页
1,质速关系
设在相对论中，质量与时间、长度一样，与惯性系
的选择有关。
静系中,动系中,
0m )(um
s?
u
s?
xv?
A
A B
B
固接于粒子 A的 系 s?
理想实验,全同粒子的完全非弹性碰撞
s
u
s
xv
A
A
B
B
固接于粒子 B的 系 s
定义物体的动量,uump ?? )(?
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在两坐标系中，粒子系统质量守恒、动量守恒。
质量守恒,
动量守恒,
)()(0 xvMumm ??
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固接于粒子 B的 系 s
s
u
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A
A
B
B
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解得,
质量守恒,
动量守恒,
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固接于粒子 A的 系 s?
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A
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大学物理
第 12页 共 34页
)(
)(
0 umm
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)(
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代入洛仑兹速度变换
21 c
uv
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v
x
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0
1
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?
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得质速关系,
0)( mum ?
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满足对应原理的要求,cu
m
0m
o 1.0
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实验验证, 测高速电子的荷质比
e??
mF
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A
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2s
eF
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x
??
B? 0s
0B
?
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经典情况,
常数??
?
BR
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0
2
2
0
1
m
e
c
u
m
e
m
e ????
?
相对论情况,
?? meu 时：当
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三、质能关系
)83211()1()( 4
4
2
2
00
2
1
2
2
0 ????????
?
c
u
c
umm
c
umum ?
将质速关系按幂级数展开，得
两边同乘以 c2 得
)431(21 2
2
2
0
2
0
2 ?????
c
uumcmmc
2
0
2
0k
cmmc
EEE
??
??
相对论动能
cu ??
2
0k 2
1 umE ?
定义,
2mcE ?
2
00 cmE ?
总能量
静能量
质能关系
课外练习
推导
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第 15页 共 34页
cu ??
2
0k 2
1 umE ?
2
00 cmE ?
E
v/c o
E0
2mcE ?
E = mc2
2020k cmmcEEE ????E
k=mc2-m0c2
2k
2
1 muE ?
实验验证 核嬗变,由参加反应各原子质量，反应前
后能量损失计算出的光速与实验值相符。
-182 sm1098.2 ??????? cmcE
正负电子对湮灭,由质能关系计算出的辐射波长与实
验值相符。
21 ?? ???
?? ee
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第 16页 共 34页
质能关系的意义,
1)质量概念进一步深化
质量是约束能量的形式，是能量的载体。质量、能
量不可分割，没有脱离质量的能量，也没有无能量的质
量。无论物质如何运动，二者只由常数 c2相联系。
相对论总能 E包含了物体的全部能量 (机械能、电磁
能、原子能等 )，解决了经典物理未能解决的物体总能
问题。
2) 质能关系统一了质量守恒定律和能量守恒定律
在经典物理中二者互相独立，在相对论中二者关联，
平行进行。在孤立系统内,
静质量 动质量
静能 动能 总质量、总能量不变
大学物理
第 17页 共 34页
3) 质能关系是人类打开核能宝库的钥匙。
mcE ??? 2
核反应中释放的能量相应于
一定的质量亏损。
重核分裂、轻核聚合都会造成质量亏损，从而释放能量
应用：原子弹、氢弹、核电站 ……
核反应中能量守恒,
2
2
021
2
01 KK EcmEcm ???
2
020112 )( cmmEE KK ???
大学物理
第 18页 共 34页
我国核电站：大亚湾，秦山一期、二期、三期，岭澳
… 正建设先进的高温气冷堆示范电站
全世界运行核电机组,438台；总装机容量,3.5亿
千瓦；占发电量,16％；我国核电占 10%。
小资料
中国核电网 www.nuc-power.com
国家原子能机构网 www.caea.gov.cn
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第 19页 共 34页
我们经常听到这样一句话, 质量可以
转换为能量,？
不能。能量守恒，意味着质量也永远守恒。
正负电子对的湮没，毁灭的是静
止质量，正负电子的质量完全转
换成了光子的质量。
0
2 mcE ???
判断正误
21 ?? ???
?? ee
例,
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第 20页 共 34页
四、能量与动量的关系
于是
2
2
2
2
0
2
2
0
1)(1 p
E
c
cm
c
v
cm
E
?
?
?
?
1.相对论动量
vmvvmp ??? 0)( ???
满足对应原理。vmpcv ?? 01 ???? ?
2,能量与动量的关系
由
2mcE ?
vmp ?? ? 消去 得 m
2
2
4
2
2
p
E
cvp
E
cv ??? ??
42
0
222 cmcpE ??
大学物理
第 21页 共 34页
42
0
222 cmcpE ?? E
20cm
pc当 时
cv ?? 讨论,
? ?
2
0
0
0
00
2
0
222
2
1
)(
))((
cmE
EE
EEE
EEEE
EEpc
k
k
k
?
???
??
???
??
?
0
2
2 m
pE
k ?
满足对应原理
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五、相对论动力学基本方程
从相对论角度审视经典力学的基本定律,
1,惯性定律对洛仑兹变换 (为线性变换 )保持不变,
在相对论中成立。
2,牛顿第二定律
由,vmvmp ???
0???
)(
d
d
d
d
0 vmtt
pF ??? ??? 相对论动力学基本方程 得,
amtvmFcv ?
??
00 d
d1 ????? ? 满足对应原理
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第 23页 共 34页
3,确立“场”的实在地位,牛顿第三定律失去意义
牛顿第三定律建立在超距作用和绝对时空观基础之
上，而相对论认为场是传递相互作用的媒介，是物质
存在的形式,粒子 粒子 场
小结：相对论动力学的三个主要关系
能量与动量的关系,42
0
222 cmcpE ??
0220 1)( mcumum ????
质速关系,
质能关系,
2020k cmmcEEE ????
动能
mcE ??? 2
2
00 cmE ?
总能
静能
2mcE ?
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第 24页 共 34页
练习 1 用相对论讨论光子的基本属性
1,光子的质量
2
2
0
1
c
u
m
m
?
?
由 可知
才能为有限值，只有时当 mmcu 0,0 ??
一切以光速运动的微观粒子，其静止质量必为零。
即：光子在任何参考系中均以光速运动，找不到与
光子相对静止的参考系。
?
?
c
h
c
h
c
Em ???
22光子
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第 25页 共 34页
2,光子的动量
太阳辐射能流,-23 mw1036.1 ??
产生光压,
-26 mN105.4 ?? ?
又由
0; 0420222 ??? mcmcpE
可知
?
? h
c
h
c
Ep ???
光子例如
一个静质量为 的粒子，以 的速率
运动，并与静质量为 的静止粒子发生对心碰撞以
后粘在一起，求合成粒子的静止质量。
cv 8.0?0m
03m
练习 2
问题, 合成粒子的静止质量是 吗？ 04m
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解,设合成粒子的运动质量为 M，速率为 u，由动量
守恒和能量守恒,
)2(3
)1(
222
0 Mcmccm
Mumv
??
?
由于
6.08.011
0
2
0
2
2
mm
c
v
mm o ?
?
?
?
?
代入 (2)式得
0
0
0 3
14
6.03 m
mmM ???
再代入 (1)式得 c
M
mvu
7
2??
0
2
02
2
0 47.47
21
3
141 mm
c
uMM ??
?
??
?
?????
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解,(1) 由题意 2
)(1
1
20
0
0
?
?
???
c
vvm
vm
p
p
?
?
可得,ccv 86 6.0
2
3 ??
在什么速度下，粒子的动量等于其非相对论
动量的两倍？又在什么速度下，粒子的动能等于其
非相对论动能的两倍？
练习 3
(2) 由题意 2
2
1
)1(
2
0
2
0
0k
k ???
vm
cm
E
E ?
得 ccv 7 86.0
2
15 ???
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解,由题意
M e V00.20202 ???? cmmcE
可得
1.40
511.0
20511.0
2
0
2
0
2
0
2
0
???????
cm
Ecm
cm
mc
m
m
已知, 一个电子的静能为 0.511MeV，经同步
加速器加速后，能量增量为 20.00MeV,
求,该电子质量与其静质量之比。
练习 4
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第 29页 共 34页
狭义相对论的 意义和局限
一、相对论把对称性思想提高到作为构建物理理
论的出发点的高度
1,表面的相对性蕴藏着内在的绝对性
长度、时间、质量等的相对性来自具有绝对性的基
本原理,
物理定律的数学形式
真空中的光速 不随参考系变化
2,揭示出一些物理量的关联，建立起新的不变量，
更深刻地反映了自然界的对称性。
四维时空，质能关系，能量、动量关系 ……
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第 30页 共 34页
3,相对论不变性成为约束其他理论的原则之一，用
以排除、改造不符合相对性原理的规律。
二、相对论改变了人类的观念和生活
1.宇宙观的发展
地球是宇宙的中心
地球 (太阳系、银河系 )是宇宙中特别优越的惯性系
一切惯性系等价，宇宙无中心，取消地球的特殊地位
人类以崭新观念探讨人与宇宙的关系，建立人与自然
和谐发展的新自然观
*Einstein在 1917年发表, 根据广义相对论对宇宙
学所作的考查, —— 标志着现代宇宙学的开始
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第 31页 共 34页
3,科学观的革新
人们用于描述客体属性的概念并不完全是客体自身的
实在性质，而是反映了客体与观察者的某种关系，均要
受到人类认识手段和思维方式的限制，人类对自然的探
索是永无止境的。
4,扩大了人类实践活动的领域
低速 高速
宇观
微观
打开核能利用的大门
2,时空观、物质观的深化
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第 32页 共 34页
三、相对论不是终极理论
1) 未包容非惯性系和引力定律，对称性尚不完善
? 狭义相对论只适用于惯性系，即惯性系比非惯性
系“优越”，所反映的自然规律的对称性不完善。
? 狭义相对论的洛仑兹变换不能保持引力形式不变，
即狭义相对论不能包容万有引力定律。
2) 受决定论思想方法支配，未包容微观世界的统
计规律
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3) 未能揭示时间箭头的物理意义
t
t
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第 34页 共 34页
四、广义相对论的建立
目标,实现惯性系和非惯性系的平权。
改造引力理论。
相对论只是物理理论发展中的一个台阶，它不能穷尽
各层次事物间的相互联系和作用方式，相对论不是终极
理论。
