大学物理课件狭义相对论基础（ 精品）

1、 第四章 狭义相对论根底(2)狭义相对论的时空观： 时空对称性；同时相对性，长度收缩，时间膨胀。4-4 狭义相对论的时空观1.同时的相对性 两个事件在惯性系S中观察是同时发生的，而在另一个惯性系S 观察时可能不是同时的。 这就是狭义相对论的同时相对性。同时的相对性同时的相对性Never！ 这种情况下，同时性是绝对的。 问：两个在同一地点并同时发生的事件，相对另一个参考系可能会不同时吗?长度测量的根本要求?相同时刻测量！2. 长度缩短长度缩短洛仑兹变换： 在 系，棒长为两坐标的差(棒静止在其中): 在 S 系中的观测者同时刻测量两端:长度缩短结论： 从相对某物体运动的参考系中所测得的沿速度方向的

2、物体长度，总比相对该物体静止的参考系中测得的长度(称为固有长度,或称静长)为短。相对论“尺缩效应是物体变真的缩短 ?长度缩短假设S 以速度u 相对于S 运动，时间变换关系为：设在S系中某一固定坐标处，一个事件发生的开始与终结时间间隔为：而在S系对应的间隔为： 3.时间膨胀时间的膨胀说明：1同一地点测得的时间间隔称为固有时间, 简称原时。固有时间最短，运动使时钟变慢。(相对静止的参照系中测得 原时 )2 运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的、 真实的实验证明。时间的膨胀解释：爱因斯坦的“光钟实验狭义相对论的时空观 小结同时的相对性长度收缩时间膨胀4.两种时空观对照经典时空观：相对论时空观：空间是绝

3、对的，时间是绝对的，空间、时间和物质运动三者没有联系。a. 时空之间有着密切联系，时空与物质的运动 也不可分割。b. 不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互 发现对方的钟走慢了。两种时空观对照c. 不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现 对方的“尺缩短了。两种时空观对照d. 光在任何惯性系中传播速度都等于 c ，并且是 任何物体运动速度的最高极限。e. 在一个惯性系中同时发生的两事件，在其它的 惯性系中可能是不同时发生的。 A 例4-2：宇宙飞船相对于地面以速度 v 作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过 t飞船上的钟时间后，被尾部的接收器收到. 那么由此可知飞

4、船的固有长度为：例4-3：一短跑运发动在地球上以10s 的时间跑完了100m。在沿短跑飞行速度为0.8c的飞船中的观察者来看，这运发动跑了多长时间和多长距离？解：S系地球上运发动的时空改变为 x=100m， t=10s；S系(飞船)相对于地球的速度为：u=0.8c.由洛仑兹变换可知，4-5 狭义相对论动力学 根底 1. 相对论力学的根本方程 牛顿力学中，动量a. 在洛仑兹变换下保持不变;b.在 时，还原牛顿力学形式。m ：不随物体运动状态而改变的恒量。 在相对论中，动量必须满足以下两个条件：10P相对论性质量：静止质量由此，可以有如下的动量形式：01相对论力学的根本方程讨论：b.当 时， ，

5、所以，随着力增加, 速度不会永远增加； c. 当 时， 必须 ， 所以，以光速运动的物体没有静止质量, 即 “光子的静止质量为零” 相对论力学根本方程：a.在 时， ， 相对论力学的根本方程4.6 质量与能量的关系1相对论动能: 设质点在变力作用下, 由静止开始沿着x 轴作一维运动。根据动能定律：相对论动能 相对论动能 相对论动能 上式说明：质点以速率 v 运动时所具有的总能量 mc2 与质点静止时所具有的能量 m0c2 之差，等于质点相对论性的动能。(2) 相对论总能量： 在 的条件下，相对论 回到了牛顿力学动能形式：相对论动能 几点讨论： b. 物体处于静止状态时，物体也蕴涵着相当可观的 静能量。 a. 相对论中的质量不仅是惯性的量度，而且还是 总能量的量度。c. 如果一个系统的质量发生变化， 必有相应的能量变化。 d. 对一个孤立系统而言，总能量守恒，总质量也守恒。相对论总能量E动量与能量的关系物理上：从时-空对称性得到动量-能量对称性可从(3)式可以直接推导出(1)式。对于以光速运动的物体：光子动量与能量的关系例题4-4 原子核的结合能。质子和中子的质量分 别为: 两个质子和两个中子组成一氦核 ，实验测得它的质量为MA=4.0001 50u，试计算形成一个氦核时放出的能量。(1u=1.66010-27 kg)解: 氦