高二物理竞赛课件：狭义相对论基础

1、一、洛仑兹变换二、狭义相对论动力学基础狭义相对论基础一、洛仑兹坐标变换式（同一事件在不同参考系之间的坐标变换）二、相对论速度变换相对论的质速关系二、狭义相对论动力学基础1.相对论动力学基本方程：1）时间膨胀（固有时间最短）相对论时空变化时间膨胀（动钟变慢）或者：一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟测量到的时间间隔。固有时间：同一地点先后发生两事件的时间间隔。时间膨胀效应具有相对性，相互发现对方的钟走慢了（对方经历的时间变长）。对参考系做相对运动的同一物体尺度变短。2）长度收缩（固有长度最长）固有长度：物体相对参考系静止时测得的长度。长度收缩效应具有相对性，相互发现对方的“尺”缩短了。

2、2. 相对论质量和能量的关系静止能量运动能量在相对论中：3.相对论动量和能量的关系由质量关系E时间延缓的实验验证：1966-1967年欧洲原子核研究中心（CERN）对粒子进行了研究。粒子是一种基本粒子，在静系中测得的寿命为0=2.210-6秒.当其加速到v=0.9966C时,它漂移了八公里.依牛顿定律,寿命不变,故漂移距离为:依相对论:当粒子加速至於0.9966C时,寿命为:故漂移的距离为:与实验情况吻合得很好!时间膨胀效应具有相对性。若在 S 系中同一地点先后发生两事件的时间间隔为t （为固有时间）， S 系中时间间隔若在 S系中同一地点先后发生两事件的时间间隔为t （为固有时间）， S系中

3、时间间隔注意孪生子佯谬twin paradox一对双生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他们10岁生曰的时候 ,亮亮坐宇宙飞船去作一次星际旅游,飞船一去一回作匀速直线运动,速度为0.9998C.亮亮在天上过了一年,回到地球时,明明已多大年龄?取飞船为K系，地球为K系，飞船飞出为事件“1”，飞回为事件“2”对K系：对K系：.明明亮亮.老朽60岁了！.你可真年轻啊！孪生子佯谬twin paradox 1971年国际上将铯原子钟放在速度为10-6C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。 这就是孪生子佯谬，明明和亮亮到底是

4、谁年轻呢？人们迷惑不解。有些人用这来攻击相对论。其实不是相对论有问题。是人们不恰当地应用了相对论。相对论只适用于惯性系，飞船一去一回要加速和减速，不是惯性系，因此飞船上的结论是不正确的。地球上明明年老的结论是正确的。 例1、设想一光子火箭以 速率相对地球作直线运动 ，火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去 10 min , 则地球上的观察者测此事用去多少时间 ？运动的钟似乎走慢了.解 设火箭为 系、地球为 K 系长度收缩o z y x oxyz尺相对k系静止固有长度：k系测得尺的长度：问题：测量尺子两端的坐标时，K系及K 系是否同时？长度缩短！结论:1）对本参考系做相对运动的尺变短：2）运动参

5、考系中所有物体沿运动方向的尺度缩短了。 说明：（1）长度收缩效应具有相对性。在S系中的观察者在S系中的观察者即看人家的“尺”短。（2）当 v c 时，(3)垂直于棒运动方向上长度不变(4)长度缩短并非物质结构发生变化,而是一种运动学效应!例、一宇宙飞船静止在地面时长为20米，当其以0.99C飞行时，地面观测者测得宇宙飞船长多少？解：由题意，K系中飞船静长故K系测得的长度K系K系K系此空姐变苗条了例、设想有一光子火箭， 相对于地球以速率 直线飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为 15 m ，问以地球为参考系，此火箭有多长 ？火箭参照系地面参照系解固有长度运动长度火箭参照系地面参照系解：例、一长为l米的棒，相对于k系静止并与x 轴夹= 45角。问：在k系的观察者来看，此棒的长度以及它与x轴的夹角为多少？（已知 ）Kk由长度收缩效应，长度在运动方向收缩经典时空观：相对论时空观： 空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和物质运动三者没有联系。a. 时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质 运动是不可分割的。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。相对性与绝对性 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。 d. 作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体 的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同， 而且在