高二物理竞赛狭义相对论课件

狭义相对论2光子光的波粒二象性3相对论质能关系

质能关系指出：物质的质量和能量之间有密切的联系.总能量

相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律.4第1题.一艘飞船和一颗彗星相对地面分别以

0.6c、0.8c

的速度相对而行。在地面上观察，再有5秒两者就要相撞。问：（1）飞船上看，彗星的速度多大？（2）飞船上看，再经过多少时间相撞？0.6c0.8c飞船慧星5【解】设地面为S系，飞船为S’系分别为飞船、彗星相对地面的速度根据洛仑兹变换,在飞船系中，彗星的速度（沿-x’方向）飞船彗星00’SS’xx’小于光速c.（1）飞船上看，彗星的速度多大？6方法一.(2)飞船上看，再经过多少时间相撞？利用“原时”和”“两地时”的关系事件1：飞船被地面上的人看到事件2：飞船与彗星相撞

在飞船上看是原时

t’这两事件，在地面上看是两地时

t7方法二.利用洛仑兹变换设：事件1（飞船被地上人看到）（x1t1

）（）x’1t’1事件2（飞船与彗星相撞）（x2t2

）（）x’2t’2飞船彗星00’SS’xx1x2x’t1t28对以上两个事件，有（结果相同）方法三.利用四维“时空间隔”不变量现在有9方法四.事件1：飞船经过地面上x1

,t1事件2：彗星经过地面上x2

,t2(=t1

)t=t2-t1=0----地面上是同时看到这两事件的。在地面上看到飞船、彗星相对移近的速度为v*=0.6c+0.8c=1.4c由于地面上看，经过5秒将相撞，所以它们的距离为x=x2-x1=v*5=1.4c5=7c

(c

仅代表数值)看成三个事件（较繁）事件3：飞船和彗星在地面系相撞x3，t3飞船彗星00’SS’xx1x2x’t1t2x3t310这段距离在飞船上看多大？用洛仑兹变换x=7c小，S系中事件1、2是同时发生的。x=8.75c

大，S’系中事件1、2是必不是同时发生的。飞船彗星00’SS’xx1x2x’t1t211x’比

x长还可以这样来理解：在S’系中的观察者来看，S系测得x1,x2(相应于它的x1’,x2’，)，并不是同时测的，而是先测了x2’

,再测的x1’,而这时S’系已向右运动了一段距离，当然测得的结果长了。飞船彗星00’SS’xx1x2x’t1t212现在再来看事件3：设事件3：飞船和彗星在地面系x3，t3相撞有人说，飞船上看，再经过t’相撞：对不对？因为事件1、2在地面上看是同时，在飞船上看并不是同时，有时间差：【答】错。13即t’2<t’1,飞船上的人认为，地面上的人是先看到彗星，后看到飞船的。它们相差5.25s,而在这5.25s时间内，彗星已经向飞船接近了距离

(在飞船系中，彗星的速度为v’)所以，飞船上的人应以彗星的这个位置来计算还有多少时间相撞（结果相同）例题2一宇宙飞船以相对于地球500km每秒的速率飞向火星，宇航员测出他经过80小时的飞行到达火星。试求地面上的观察者所测得的飞行时间与宇航员测得的时间之差。14例题3在高速公路上有一座长200m的大桥，汽车从桥的一端驶到另一端用时8s，现从以0.6c的速率沿高速公路向前飞行的飞船中观察，求：（1）大桥的长度；（2）汽车驶上桥的一端和驶到另一端这两个事件的空间

间隔及时间间隔；（3）汽车的平均速度。1516第4题.如图所示，S系中的观察者有一根米尺固定在x轴上，两端各有一手枪。S’系中的x’

轴上固定有另一根长尺，当它从米尺旁边经过时，

S系中的观察者同时扳动两枪，使子弹在S’系中的尺上打出两个记号。问：在S’系中记号间距

x2-x1与1m比，长还是短？【解】u1m的尺运动长尺SSux1x2x1x2t1t2=t1xx有人说，S’系中的长尺，从米尺旁边经过，所以，它是动长，记号间距x2-x1应比1m短。对不对？17定性分析：t2=t1t2<t1（后）（先）按同时性的相对性的重要规律，得方法一.方法二。由洛仑兹变换定量计算：长尺Sx1m-u1m-ux2t2’x2t2t1x1Sx2xt2x1t118x2-x1是固定长尺上两弹痕间的距离。在S’系中看1m是动长。u1m的尺运动长尺SSux1x2x1x2t1t2=t1xxt’1t’219我们知道，在S系中测运动棒的长度，必须同时测它两端的坐标，有我们也知道，若在S’系中