高中物理竞赛专题课件：洛伦兹变换 相对论时空观 质速关系

1)时间延缓是一种相对论效应.3)时间延缓或运动的时钟变慢,完全来自相对论的时空效应,与钟表的具体构造和运转无关;也与运动物体的物理,化学,生物性质无关.讨论:固有时间:“原时”用静止在“当地”的钟测量;运动时间:“两地时”用校准的“同步钟”测量.2)当速率远远小于c

时,运动时间与固有时间相同.实际生活中难以察觉两者的区别.1)相对于观察者,运动物体沿运动方向长度缩短.

讨论:2)长度收缩是相互的.KuKKuKK3)长度收缩效应与测量有关,不表示物质内部结构的改变,是物质的一种时空属性.固有长度不变.4)长度收缩是“测量”结果,不是“视觉”效果.4.3.1洛伦兹坐标变换§4.3洛伦兹坐标变换和速度变换从不同的惯性系观测同一件事为原长解得:在系中同理可得坐标逆变换:在k系中,t

时刻O'

的坐标ut.O

与

O'

重合时,选作计时起点为运动长度时间逆变换:消去,可得:令正变换逆变换解得:在系中同理可得坐标逆变换:叫做“相对论因子”正变换洛伦兹变换的意义1)洛伦兹变换是不同惯性系之间时空变换的普遍公式时洛伦兹变换→伽利略变换,满足伽利略相对性原理.2)与光速不变原理以及真空中光速为速率极限的实验事实相符.3)建立了新的时空观时间,空间彼此关联,并与物质本身和运动形式密不可分,形成四维时空概念:不是“时”“空”分离,而是“时-空”一体.

不同惯性系中的观察者有各自不同的时空观念,不存在对所有观察者都相同的绝对时间和绝对空间.4.3.2洛伦兹速度变换根据洛伦兹坐标变换,可以导出洛伦兹速度变换:2)低速时,洛伦兹速度变换近似为伽利略速度变换.讨论:1)物体相对不同惯性系的速度不仅在相对运动方向上的分量不同,在垂直于相对运动方向上的分量也不同.u<<c

时,时,3)洛伦兹速度变换与光速不变原理相符K前报警后报警2)时间延缓如何理解?时序能颠倒?关于洛伦兹变换的思考:1)同时性的相对性如何理解?什么情况下同时性不变.3)计算运动长度容易出现哪些误区?4)洛伦兹变换高手能否速成?例5-4.一短跑选手在地面上用10s时间跑完100m路程,求在另一个以0.6c的速率沿同一方向运动的参考系中,测得该选手跑过的路程和所用的时间.解:设地面参照系为k系起跑到达由题意两事件由洛伦兹变换例5-5.

在惯性系k中,有两事件同时发生在Ox

轴上相距1.0103m处,从另一惯性系k观察到这两事件相距2.0103m.试问在k系测得此两事件的时间间隔为多少?解:由题意由洛伦兹变换得4.5.1相对论质量和动量§4.5相对论动力学基础经典力学认为物体的惯性(质量)是不变的,和物体的运动无关,而实际上惯性是否真的不变的呢?1.相对论质量M分裂成两块分裂前分裂后分裂前M分裂成两块分裂后分裂前分裂前分裂后分裂后分裂前K':A,B所含分子数相同B静止,m'B为A的静止质量m0A

运动,m'A为B

的运动质量mK:A,B所含分子数相同分裂前都静止,总静止质量M0分裂后都运动,总运动质量M若因物质系统外界能量导致分裂,则分裂前后M≠M0;若因物质系统自身能量导致分裂,则分裂前后M=M0.质-速关系考夫曼实验结果:电子的质量随速率变化讨论:(1)普遍性:(2)相对性:v<<c时,m(v)=m0

用牛顿力学描述;v

c

时,m

任意外力作用下,a0c

是极限速率.质量具有相对性,反映了物质本身的属性与其运动情