时间延缓长度收缩

运动时钟变慢考察一只高速运动的时钟方法：研究一个物理过程的时间间隔，在两个惯性系中比较：两个事件的时间间隔。按当地钟测当地时的约定，研究事件的特点：§大学物理课件第6章时间延缓长度收缩(狭义相对论的时空观)一、时间延缓(不同系中描述关系)1在某系中(如S'系)，两个事件先后发生在同一地点在另一系中(如S系)，这两个事件发生在两个地点事件1事件2时间间隔由一只钟测出两只钟两系所测时间间隔的关系？特殊条件21.原时Propertime两地时2.原时最短时间膨胀在某一参考系中，同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔叫原时，或固有时。考察S'中的一只钟两地时原时一只钟3由洛仑兹逆变换原时最短<1>42）对同一过程，原时只有一个固有时本性时本征时例：基本粒子子的寿命=？通过高能物理实验取得的数据是：运动速度讨论物理过程化学过程生命过程从出生到死亡走过的距离1）运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征,适宜一切类型的钟5解：把

子静止的参考系定为S'系实验室参考系定为S系S'中是原时S中是两地时6基本数据73）双生子效应

twineffect20岁时，哥哥从地球出发乘飞船运行10年后再回到地球，弟兄见面的情景？哥哥测的是原时，弟弟测的是两地时20.5岁和30岁飞船速度仙境一天，地面一年8问题：相对的加速--非惯性系，与引力场等价，时钟变慢。广义相对论若用到一对夫妻身上（丈夫宇航）会怎样呢？生命在于运动20.5岁和30岁初始见面时9利用飞机进行运动时钟变慢效应的实验10二、长度收收缩对运动长度度的测量问问题怎么测？同时测1.原长棒静止时测测得的它的的长度也称静长，，只有一一个。棒静止在S'系中静长11棒以极高的的速度相对对S系运动动S系测得得棒的长长度值是是什么呢呢？事件1：：测棒的的左端事件2：：测棒的的右端同时测的的条件相应的时空坐标?12事件1：测棒的左端事件2：测棒的右端2.原长最长由洛仑兹兹变换131）相对效应应2）纵向向效应a）垂直直运动方方向长度度不变（火车过过隧道））讨论若均匀带带电为Q电量是相相对论不不变量高速运动的立方体b）运动动的棒在在与运动动方向的的夹角变变大。143）在低速下下伽利略变变换4）同时性的的相对性性的直接接结果一根尺静静止在S'系中S系中测测量这根根高速运运动的尺尺按约定，，同时测测尺的两两端A、、BAB坐标值差差由同时性性的相对对性,S'系认为，测测B端端在先先动长小于于静长<静长与参考系无关15尾过此点地面测的的汽车长长度也可从时时间测量量的相对对性导出出长度测测量的相相对性汽车参考考系：两两地时地面参考考系：原原时头过此点汽车参考考系为S系S系中汽车车长度为为原长l0165）当当一人高高速经过过时，你你会发现现奇怪的的现象：：瘦、质质量大、、反映慢慢。6）长长度收缩缩符合客客观事实实（火车是是否可避免雷击击）（同同时的相相对性））(1)在在地上看看（2）在在火车上上看17注意：（1）原原时一定涉及及到一只钟指示的时时间间隔隔；或说，在在使用洛洛仑兹变变换时必必须存在在的条件件：（2）静静长(原原长)一定涉及及到两个个同时发生的事事件的空空间距离离；或说，在在使用洛洛仑兹变变换时必必须存在在的条件件是：18例**已知：在在S'参考系中中有两只只钟A'B'与S系系中中的B钟钟先后相相遇。BB'与B相遇遇时，两两钟均指指零。求：A'与B相遇遇时，B钟指示示的时刻刻，A'钟指示的的时刻19解：事件件1B'与B相遇遇事件2A'与B相遇遇由已知条条件，知知B分析：研研究的问问题中，，S系中中只涉及及一只钟钟，所以以S系中中的两事事件时间间间隔是是原时；；S'系中是两两地时。。20A'钟示值（原时））B的示值值（两地时时）B21B的示值值A'钟示值22三、时空空不变量量时空间隔隔洛仑兹不不变量四维空间间23应用1、宇宙宙飞船相相对于地地面以速速度做做匀匀速直线线运动。。某一时时刻飞船船头部的的宇航员员向船尾尾发出一一光信号号，经过过（（飞飞船上钟钟测量））时间后后，被尾尾部的接接收器收收到。由由此可知知飞船的的固有长长度为（（））（A）（（B））（C）（（D））242、有两只对对准的钟钟，一只只留在地地面上，，另一只只带到以以速率飞飞行的飞飞船上，，则（））（A）飞飞船上的的人看到到自己的的钟比地地面上的的慢（B）地地面上的的人看到到自己的的钟比飞飞船上的的慢（C）飞飞船上的的人觉得得自己的的钟比原原来走慢慢了（D）地地面上的的人看到到自己的的钟比飞飞船上的的快253、一边边长为的的正方形形静止放放在坐坐标系的的平平面内，，且两两边分别别与、、轴轴平行行。坐坐标系以以速率沿沿轴轴正向向相对坐坐标系运运动。从从系系的观察察者看来来，此正正方形变变成（图示）形形，其其对角线线长度为为12.8cm。4、和和是是两个个平行的的惯性系系，系系相对于于系系以0.6c的的速率沿沿ox轴轴运动，，在系系中中某点发发生一事事件，系系上上测其所所经历的的时间为为8.0s。而而在系系上测其其所经历历的时间间为10.0s.265.一宇宙飞飞船相对地球球以0.8c的速度飞行。。一光脉冲从从船尾传到船船头，宇宙飞飞船上的观测测者测得飞船船长为90m.试计算地地球上的观测测者测得光脉脉冲从船尾发发出到达船头头两个事件的的空间间隔。。解：在宇宙飞船测测量在地球上测量量276、设地球上上有一人测得得一宇宙飞船船以0.6c的速率向东飞行，5.0s后，，该飞船将与与一以0.80c的速率率向西飞行的彗星相相撞。问：（1）飞船中中的人测得彗彗星将以多大大的速率想它它靠近？（2）从飞船船中的钟看，，还有多少时时间允许它离离开？分析（1）以地球球为S，飞船船为S/，向东为正。。速度变换（2）时间延延缓把飞船初始状状态作为一一个事件，相相撞为第二事事件，均发生生在同一地点点：飞船。故故解28相相对论的动动力学基础一、在相对论论中，许多量量都有相对意意义，需要重重新定义，如如：质量、动动量、能量等等。但科学家家一般偏爱守守恒定律，希希望新定义不不要破坏之。。preface291、物理量量的定义2、物理量的的变换（一个参考系系中的问题））（两个参考系系的问题）基本要求了解三、物理量为为什么应这样样定义？必须满足两个个基本原则：：1、基本规律律在洛仑兹变变换下形式不不变动量定理（守守恒定律）动动能定理（能能量守恒）等等2、低速时回回到牛顿力学学3、能解释或或预言某些旧旧理论不能解解决的问题。。二、动力学基基础包括两个个方面的内容容：30四、主要内容容1、力与动量量2、质量的表表达3、相对论论动能4、相对论论能量5、相对论的的动量能量关关系式31一、力与动量量二、质量的表表达由力的定义式式有：持续作用持续但的上限是cm随速率增大而而增大与牛力形式相同所以质量必须须是的形式32实验证明1、合理性（（速度愈高质质量值愈大））2、特殊情况况下可理论证证明归根结底是实实验证明333、由于空间间的各向同性性质量与速度方方向无关4、相对论动动量34三、相对论论动能（是一个全新的的形式）推导的基本出出发是动能定理（因为力作功功改变能量这这是合理的））令质点从静止开开始力所所做的功就是动能表达达式推导：35由有两边微分，得得36由动能定理太不熟悉了37讨论2）当v<<c时，可以证明明1）与经典动动能形式完全全不同若电子速度为为强刺激：相对论粒子动能是：牛顿粒子动能是：38动能的经典近近似的证明当利用二项式定定理：39四、相对论论能量运动时的能量静止时的能量（一个又熟悉悉又陌生的面面孔）40他象征了人类类的智慧，他他给了人类财财富。41讨论任何宏观静止的物体都具有能量静能包括：内内部各结构层层次的粒子的的动能及相互互作用能。是是Lorenz协变性的的要求。是物物体内能的总总和，包括分分子运动的动动能，分子间间相互作用的的势能；分子子内部各原子子的动能和相相互作用势能能，以及原子子内部、原子子核内部和质质子、中子内内部各组成粒粒子间的相互互作用能量。。静能正是其内内部运动的反反映。（成就就）1）423）反映了物物体质量和能能量的深刻联联系；经典力力学中，二者者无关，如：：热水变冷；；相对论中，，二者统一，，称为质-能能守恒定律。。如：正负““电子湮灭””静质动动质，，静能动动能。4）物体的静静能远远大于于其动能。即即，大量能量量被“束缚””，即使化学学反应其释放放量也微乎其其微：1千克克物体的总能能为，，而汽油和好好煤的燃烧值值分别仅为4.6*107J和2.9*107J。2）均均称为质质能关系；43可认为相对论论质量是能量的量度高能物理中，，把能量按质质量称呼，如说电子质量量是0.511MeV实际是电子的的静能5）通过核分分裂、原子电电离、化学分分解使物体““质量亏损””，（使粒子系统的的静质量减少少m0）可将大量静能能释放为动能能。反之，可可实现物体质质量和能量增增加。“原子子能时代”6）44例两全同粒子以以相同的速率率相向运动，，碰后复合求：复合粒子子的速度和质质量解：设复合粒粒子质量为M速度为碰撞过程，动量守恒由能量守恒>损失的动能转转换成静能－－－结合能（碰后静止））45五、相对论的的动量能量关关系式由两边平方得记住这个三角角形46例若把把能量0.50*106eV给予电子子，让其垂直直于磁场运动动，其轨迹为为半径为2.0cm的圆圆。问（1））该磁场磁感感应强度B为为多大？（2）电子的动动质量为静质质量的多少倍倍？解（1）由可得（2）本题不可用经经典方法求动动量和速度，，因为其动能能已与静能0.512eV接近。实实际上，当时时，经典典误差已不可可忽略。47六、相对论论动量能量变变换**（要要求：以后会会使用）？用类比方法推推导1）由EP关系即说明是洛仑兹不变量481）由EP关系是洛仑兹不变变量2）由时空变变换是洛仑兹不变变量3）对比相应应的量有等4）类比洛洛仑兹坐标标变换得出动动量能能量变换或49等类比50附：质量与速速度关系证明明**一、相对论动动力学方程二、实验证明明51一、狭义相相对论动力学学方程寻找微分质量关系系式得结果：52例:分析垂垂直进入均匀匀磁场中的带带电粒子运动动情况已知:磁感强强度为>0分析：圆周运动实验验证m与v关系的理论基基础1908年德德国布歇勒做做出了质量与与速度的关系系有力地支持了了相对论53产生均匀磁场场的线圈---镭源产生均匀电场的平行板电容器---感光底片实验物理学家家是伟大的实验装置二、实验验证证54他山之石1、以太2、时间的定定义3、超光速运运动的可能性性4、洛伦兹变变换5、宇宙大爆爆炸学说是否否正确第6章结束559、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Saturday,December24,202210、雨中黄黄叶树，，灯下白白头人。。。07:31:2307:31:2307:3112/24/20227:31:23AM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2207:31:2307:31Dec-2224-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。07:31:2307:31:2307:31Saturday,December24,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2207:31:2307:31:23December24,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。24十二二月20227:31:23上上午07:31:2312月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月227:31上午午12月-2207:31December24,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/247:31:2307:31:2324December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。7:31:23上午7:31上上午07:31:2312月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Saturday,December24,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。07:31:2307:31:2307:3112/24/20227:31:23AM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。12月月-2207:31:2307:31Dec-2224-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。07:31:2307:31:2307:31Saturday,December24,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2207:31:2307:31:23December24,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。24十十二月20227:31:23上午午07:31:2312月-2215、楚塞三湘接接，荆门九派派通。。。十二月227:31上上午12月-2207:31December24,202216、少年十五二二十时，步行行夺得胡马骑骑。。2022/12/247:31:2307:31:2324December202217、空山新雨雨后，天气气晚来秋。。。7:31:23上上午7:31上上午07:31:2312月-229、杨柳散和和风，青山山澹吾虑。。。12月-2212月-22Saturday,December24,202210、阅阅读读一一切切好好书书如如同同和和过过去去最最杰杰出出的的人人谈谈