[理化生]14相对论-复习.ppt

1、1,14 狭义相对论基础,2,1狭义相对论基本原理； 2时空观：同时相对性，长度收缩和时钟延缓效应； 3动力学：质速公式；质能方程、动量和能量关系；,主要内容:,质能方程、动量和能量关系,牛顿说：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流浙着，而且由于其本性，在均匀地、与任何其他外界事物无关地流浙着”； “绝对空间就其本质而言，是与任何外界事物无关、而且是永远相同和不动的。”绝对时空观 absolute space-time view,显然，绝对时空观符合人们日常的经验和习惯。,经典力学的绝对时空观,在两个不同的惯性系中,伽利略变换,自不同的惯性系，所观测到的同一质点运动的加速度是相同的，即物体的加

2、速度具有伽利略变换下的不变性。,三、牛顿运动定律具有伽利略变换不变性,牛顿力学规律（包括动量守恒定律、机械能守恒定律等）在伽利略变换下形式不变。,结论：,在牛顿力学中,质量与运动无关,力与参考系无关,6,爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设,1.狭义相对论的相对性原理 在任何惯性系中，一切物理规律都相同，即具有相同的数学表达式。或：所有惯性系对于描述物理现象都是等价的。 2.光速不变原理 光在真空中的速度与发射体的运动状态无关，即在彼此作匀速直线运动的任一惯性系中，所测得的光在真空中沿各个方向的速率是相等的。,无须寻找特殊的惯性系（也无法寻找）,1、Einstein 的相对性原理 是 Newton

3、理论的发展,一切物理规律,力学规律,光速不变原理与伽利略的速度相加原理针锋相对，否定了伽利略坐标变换，动摇了绝对时空观和经典力学体系。,观念上的变革,牛顿力学,时间标度 长度标度 质量的测量,与参考系无关,狭义相对论,长度 时间 质量 与参考系有关,光速不变,(相对性),逆变换,正变换,洛仑兹变换 （Lorentz transformation）,例1-1 在 K 系中观察到两个事件发生在空间同一地点，第二事件发生在第一事件以后2s，在另一相对K 系运动的 K 系中观察到第二事件是在第一事件事件3s之后发生的，求在 K 系中这两个事件的空间间隔。,解：,正变换,洛仑兹速度变换式,逆变换,正变换

4、,例5-3 设想一飞船以0.80c 的速度在地球上空飞行， 如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体相对飞船速度为0.90c 。 求：从地面上看，物体速度多大？,解：,例题：在 S 系测得光信号速度为c，求在相对S 沿x 方向以u 匀速运动的 S 系测得光信号的速度。,光信号,S：vx = ？,S ：vx = c,！,不管 u 多大，在 S系中测得光速仍然是 c 追赶光是徒劳的！c 是一切物质运动的极限速率。,14,1、 时间的延缓,15,在 S 系（地面）中观测两事件,16,固有时间 ：同一地点发生的两事件的时间间隔 。,时间延缓 ：运动的钟走得慢 。,17,例 设想一光子飞船以 速率相对

5、地球作匀速直线运动 ，我们在火箭上面上了一节课45 min, 则地球上的观察者测这节课用去多少时间 ？,运动的钟走慢了。,解 设火箭为 系、地球为 S 系,END,18,1971年国际上将铯原子钟放在速度为300m/s的飞机上环绕地球飞行，然后与地面上的钟比较，发现飞机上的钟慢了。 实际上是一个广义相对论的问题，此分析与广义相对论的结论一致。,时间延缓的实验验证：,19,3、 时， 。,1、时间延缓是一种相对效应 。,2、时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程。,20,在一个惯性系同时发生的两个事件，在另一个惯性系是否同时?,2、同时的相对性,请思考,21,事件 1 :车厢后壁接收器接收到

6、光信号. 事件 2 :车厢前壁接收器接收到光信号.,22,同时：,23,-不同时,-不同时,同地不同时,同时不同地,1,-同时,-可能同时,同时同地,不同时不同地,讨论,时 -同时,3,2,4,从 系看,从 系看,24,结论 同时性具有相对意义,沿两个惯性系运动方向，不同地点发生的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的，在另一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义； 只有在同一地点，同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的.,25,时序可不可以颠倒？,请思考,分析：,在S系中看，如果事件A先发生，B后，即,在 系中看，,即,A先，B后（正序）,A， B同时发生,即,A后，B先（倒

7、序）,即,根据 x2-x1, v 的不同值，可有三种情况,26,例：地球上，x1处，t1时刻出生了一小孩小甲， x2处，t2时刻出生了一小孩小乙。,若x2-x1=3000km,t2-t1=0.006s,在飞船上看，,当v=0.6c时，可得,当v=0.8c时，可得,由,时序颠倒了！,27,时序可以颠倒，会不会出现如此情形？,再思考,子弹先打到靶上，而后出枪口？,儿子先出生，而爸爸后出生？,28,分析：,在S系中，若,A因（先），B果（后）,由,有,令,信号速度,故 与 同号,结论：,又,无因果关联的事件才可能发生时序变化。,有因果关联的事件时序不变.,29,长度的测量和同时性概念密切相关,3、

8、长度的收缩(动尺变短),棒沿 轴对 系静止放置,在系中同时测得两端坐标,30,则棒的固有长度为,固有长度：物体相对静止时所测得的长度 .,问 在S系中测得棒有多长?,31,设 在S系中某时刻 t 同时测得棒两端坐标为x1、x2，则S系中测得棒长 l= x2 - x1， l与l0的关系为：,32,结论 长度具有相对意义,讨论,物体对观察者向何处运动,观察者观测到在该方向上其长度收缩.,33,测量此空姐 变苗条了！,空姐变苗条是观测的结果，实际去观看时，只不过转过了一个角度。这是因为看到的是不同时刻物体上的发光。,34,狭义相对论的时空观 (1) 两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义. (2)时空不互相独立，而是不可分割的整体. (3)光速 C 是建立不同惯性系间时空变换的纽带.,35,(1)相对论动量遵循洛伦兹变换,当 时,一动量与速度的关系,(2)相对论质量,静止质量：m0,结论: 质量具有相对意义.,36,相对论动能,当 时，,37,相对论质能关系,质能关系指出： 物质的质量和能量之间有密切的联系 .,总能量,相对论能量和