狭义相对论的三个问题

1、第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题第第3章章 狭义相对论狭义相对论基本要求：基本要求：1. 了解绝对时空观下的伽利略变换了解绝对时空观下的伽利略变换2. 理解相对时空观下的洛伦兹变换理解相对时空观下的洛伦兹变换3. 掌握相对时空观下的三个结论：掌握相对时空观下的三个结论：（1）同时的相对性）同时的相对性 （2）时间延缓）时间延缓 （3）长度收缩）长度收缩4. 掌握质速关系掌握质速关系 质能关系质能关系第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题第第3章章 狭义相对论狭义相对论基本要求：基本要求：3. 掌握

2、相对时空观下的三个结论：掌握相对时空观下的三个结论：（1）同时的相对性）同时的相对性 3-9题题 3-16题题（2）时间延缓）时间延缓 3-6题题 3-8题题 3-13题题 3-15题题（3）长度收缩）长度收缩 3-7题题 3-11题题 3-14题题 3-20题题第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题第第3章章 狭义相对论狭义相对论（1）同时是相对的）同时是相对的 2221cuxcutt系中事件不同时；，则得系中事件异地；时，即当系中事件同时；时，即当StSxSt即 0 0 0 .1 即 00,0 .2系中事件也同时。，又同地地；则得系中事件同时时

3、，即当StSxt第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题第第3章章 狭义相对论狭义相对论（2）长度收缩）长度收缩 2201cuLL0LL 因为运动长度称L固有长度称0L我们简称长度收缩第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题第第3章章 狭义相对论狭义相对论（3）时间膨胀）时间膨胀 0tt因为运动时间称t固有时间称0t间延缓；时钟变慢。我们简称时间膨胀；时2201cutt第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题作业作业P P218218页页 2222题题P P216

4、216页页 1616题题第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题经典力学的相对性原理经典力学的相对性原理 经典力学的时空观经典力学的时空观 对于任何惯性参照系对于任何惯性参照系 , 牛顿力学的规律都具有牛顿力学的规律都具有相同的形式相同的形式 . 时间和空间的量度和参考系无关时间和空间的量度和参考系无关 , 长度和时间的长度和时间的测量是绝对的测量是绝对的. 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 爱因斯坦相对性原理：物理定律在爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有所有的惯性的惯性系中都具有相同的表达形式系中都具有相同的表达形式 . 光速不变原理：真空中的

5、光速是常量，它与光光速不变原理：真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择.第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题3.1.3 狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设1. 历史背景历史背景 （1）1864年麦克斯韦电磁学理论年麦克斯韦电磁学理论m/s1031800cF/m1085. 8120270N/A104 （2）伽利略变换下各方向的光速不恒为）伽利略变换下各方向的光速不恒为c （3）绝对静止参考系以太）绝对静止参考系以太第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的

6、三个问题相对论时空下的三个问题2. 爱因斯坦相对性原理爱因斯坦相对性原理 对于描述物理定律（包括力学定律）来说，对于描述物理定律（包括力学定律）来说，所有的惯性参考系都是平等的，不存在特殊的所有的惯性参考系都是平等的，不存在特殊的绝对惯性系。绝对惯性系。3. 光速不变原理光速不变原理 在所有惯性系中，光在真空中的传播速率都在所有惯性系中，光在真空中的传播速率都等于等于c。或者说，无论光源和观察者如何运动，或者说，无论光源和观察者如何运动，观察者测得的光速都等于观察者测得的光速都等于c。第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题 【例【例3.6】设想做设

7、想做“追光实验追光实验”，即乘一列以，即乘一列以速度速度 u 运动的火车追赶一个向前运动的闪光。运动的火车追赶一个向前运动的闪光。在火车上观测，闪光的速度多大？在火车上观测，闪光的速度多大？解解以火车为以火车为 S/ 系，地面为系，地面为 S 系系在火车上观测，闪光的速度在火车上观测，闪光的速度21cuvu如火车发光地面如火车发光地面观察呢？观察呢？ccucuc21仍等于光速仍等于光速c，与参考系的运动无关。与参考系的运动无关。 3-4题题21cuuccucuc21第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题 【例【例3.7】一宇宙飞船以一宇宙飞船以0.

8、9c的速度离开地球，的速度离开地球，在飞船上发射一枚导弹。若导弹相对飞船的速在飞船上发射一枚导弹。若导弹相对飞船的速度也是度也是0.9c，求导弹相对地球的速度。，求导弹相对地球的速度。解解以地面为以地面为 S 系系 以飞船为以飞船为 S/ 系系，则导弹相对地球的速度则导弹相对地球的速度通过速度合成也不能超光速（自学）通过速度合成也不能超光速（自学）21cuucccccc994. 09 . 09 . 019 . 09 . 02第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题3.2 洛伦兹变换洛伦兹变换2222211cuxcuttzzyycuutxxu/c 0，

9、回到伽利略变换。，回到伽利略变换。10第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题2222211cuxcuttzzyycut uxx2222211cuxcuttzzyycuutxx洛伦兹变换洛伦兹变换逆变换逆变换u u第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题2222211cuxcuttzzyycutuxx2222211cuxcuttzzyycutuxx洛伦兹变换洛伦兹变换逆变换逆变换u u第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题 洛伦兹坐标变换式洛伦兹坐标变换式cv2

10、11 时，洛伦兹变换时，洛伦兹变换 伽利略变换。伽利略变换。 cv)(txxvyy zz )(2xcttv正正变变换换) (txxv yy zz ) (2xcttv逆逆 变变 换换第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题 狭义相对论时空观狭义相对论时空观 同时的相对性同时的相对性0t0 x0t若若则则0t0 x0t若若则则此结果反之亦然此结果反之亦然 . 时间延缓：时间延缓：运动的钟走得慢运动的钟走得慢 .0 x若0201ttt原时最小原时最小 长度收缩：运动物体在运动方向上长度收缩长度收缩：运动物体在运动方向上长度收缩 .0201lll原长最大原长

11、最大第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题一一 同时的相对性同时的相对性事件事件 1 ：车厢：车厢后后壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.事件事件 2 ：车厢：车厢前前壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题221xcttv0122xcv012ttt012xxx 同时同时不同地不同地事件事件 2 ),(1111tzyx),(2222tzyx 系系 (车厢参考系车厢参考系 )S 系系 ( 地面参考系地面参考系 ),(1111tzyx事件事件 1),(2222t

12、zyxSv x y o121236912369 x y o12xyov123691236912369第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题二二 长度的收缩长度的收缩xyozs标尺相对标尺相对 系静止系静止s21111txxv22221txxv212121xxxx12xxl在在 S 系中测量系中测量测量为两个事件测量为两个事件),(),(2211txtx要求要求21tt 1 x2 x0l y xv o z s1x2x120lxxl在在 系中测量系中测量s第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题021lll固

13、有固有长度长度 当当 时时 . 10ll 固有固有长度：物体相对静止时所测得的长度长度：物体相对静止时所测得的长度 .（最长最长） 洛伦兹收缩洛伦兹收缩: 运动运动物体在运动方向上长度物体在运动方向上长度收缩收缩 .212121xxxx120lxxl12xxl 长度收缩是一种长度收缩是一种相对相对效应效应, 此结果反之亦然此结果反之亦然 .注意注意xyozs1 x2 x0l y xv o z s1x2x第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题运运 动动 的的 钟钟 走走 得得 慢慢三三 时间的延缓时间的延缓第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对

14、论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题s系系同一同一地点地点 B 发生两事件发生两事件在在 S 系中观测两事件系中观测两事件),(),(2211txtx), (2tx), (1tx发射一光信号发射一光信号接受一光信号接受一光信号)(211cxttv)(222cxttvxyosd12369123691x2x12369 yx xyvoossdB12369第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题12tttt)(2cxttv0 x21tt固有固有时间时间 ：事件所在系时钟测得：事件所在系时钟测得同一同一地点发生的地点发生的两两事事件的时间间隔件的时间间隔 .时间延缓时间延缓 ：运动运动的钟走得的钟走得慢慢 .0ttt固有时间固有时间xyosd12369123691x2x12369第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题第第3章章 狭义相对论狭义相对论3. 掌握相对时空观下的三个结论：掌握相对时空观下的三个结论：（1）同时的相对性）同时的相对性 3-9题题 3-16题题2221cuxcutt第十八章狭义第十八章狭义 相对论相对论 相对论时空下的三个问题相对论时空下的三个问题第第3章章 狭义相对论狭义相对论基本