高二物理竞赛狭义相对论的时空观课件

引言经典物理学的辉煌成就经典力学热力学与统计力学光学电动力学物理学经典物理近代物理力学热学电磁学光学相对论量子论从经典物理学到近代物理过渡时期的重要实验事实迈克尔逊——莫雷实验：否定了绝对参考系的存在；黑体辐射实验光电效应

原子的线状光谱

强调

近代物理不是对经典理论的简单否定。

近代物理不是对经典理论的补充，而是全新的理论。15-4狭义相对论的时空观一、同时性的相对性1、同时性的相对性在惯性系S中同时发生的两个事件，在惯性系S’中一般来说不再是同时发生的——同时性的相对性。2、爱因斯坦火车S‘—爱因斯坦火车S——地面参考系在S‘系中，事件1与事件2同时发生。在S系中，事件1与事件2不是同时发生。3、解释在S'系中，不同地点x1'与x2'同时发生两件事在S系中结论：不同地点发生的两件事，对S'来说是同时发生的，而在S系中不一定是同时发生的。在同一地点同时发生的两件事，则在不同的惯性中是同时发生的。若t1‘<t2’，S‘系中，事件1早于事件2；但是随着x2’-x1‘的取值不同，t2-t1就可能小于零、大于零或等于零，两事件的先后次序在不同的惯性系中可能发生颠倒。#同时具有相对意义#例1、地球上,在甲地x1处时刻t1出生一小孩小甲在乙地x2处时刻t2出生一小孩小乙两小孩的出生完全是两独立事件。甲乙··x1

x2S·若甲乙两地相距x2-x1=3000公里

t2-t1=0.006秒,即甲先乙后甲---哥,乙---弟·飞船上看,★若u=0.6c,可得t2-t

1=0,甲乙同时出生不分哥弟★若u=0.8c可得t

2-t

1<0,甲后乙先

甲---弟乙---哥时序倒了!孪生子效应(twineffect)设想：一对年华正茂的孪生兄弟,哥哥告别弟弟,登上访问牛郎织女的旅程。归来时,阿哥仍是风度翩翩一少年,而迎接他的胞弟却是白发苍苍一老翁了,真是“天上方七日,地上已千年”。讨论：1)这样的现象能够发生Cs原子钟证明：1971年美国空军将Cs原子钟放在飞机上,沿赤道向东和向西绕地球一周。回到原处后,分别比静止在地面上的钟慢59ns和快273ns(1ns=10-9s)。

结论：相对于一惯性系的加速度越大的钟，走得越慢。与上述孪生子问题所预期的效应一致。2)按照相对的观点,会不会弟弟看自己是少年,而哥哥是老翁了呢?－－－孪生子佯谬(twinparadox)答案：不会原因：实际上,天(航天器)、地(地球)两个参考系是不对称的,地---可以是一个惯性系；天---不是惯性系,有加速度,故能返回,否则他将一去不复返,兄弟永别了。

这超出狭义相对论的范围,需用广义相对论讨论(广义相对论讨论有严格的证明,实验证明见上：

Cs原子钟)。所以：Twineffect

而非TwinParadox♀试试看:有加速度的那个人变年轻了。按此道理,若人相对地面多作加速运动,生命过程将进行得缓慢一些,不易衰老,对身体会有好处。标尺相对系静止在S系中测量测量为两个事件要求在系中测量二、长度的收缩固有长度当

时.

固有长度：物体相对静止时所测得的长度.（最长）洛伦兹收缩:运动物体在运动方向上长度收缩.长度收缩是一种相对效应,此结果反之亦然.注意例1设想有一光子火箭，相对于地球以速率飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为15m，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：固有长度在S系例2一长为1m的棒静止地放在平面内，在系的观察者测得此棒与轴成角，试问从S系的观察者来看，此棒的长度以及棒与Ox轴的夹角是多少？设想系相对S系的运动速度.解：在

系系同一地点B

发生两事件在S系中观测两事件发射一光信号接受一光信号时间间隔B固有时间：同一地点发生的两事件的时间间隔.时间延缓：运动的钟走得慢.固有时间狭义相对论的时空观

1）两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义.

2）时—空不互相独立，而是不可分割的整体.

3）光速C是建立不同惯性系间时空变换的纽带.

3）时，.1）时间延缓是一种相对效应.2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等.）注意例3设想有一光子火箭以速率相对地球作直线运动，若火箭