第六章狭义相对论基础

狭义相对论基础第六章自然和自然规律隐藏在黑暗之中，上帝说“让牛顿降生吧”，一切就有了光明；牛顿爱因斯坦但是，光明并不久长，魔鬼又出现了，上帝咆哮说：“让爱因斯坦降生吧”，就恢复到现在这个样子。爱因斯坦:Einstein牛顿:Newton绝对时空观现代时空观伽利略变换洛伦兹变换经典力学的相对性原理相对性原理(对于不同的惯性系，对于运动的描述是相对的，但是力学的基本定律---牛顿定律，其形式都是一样的。）物理规律对所有惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的（例如“绝对静止”的）惯性系。困难长度的量度与参考系无关．时间的量度与参考系无关空间和时间彼此独立

空间和时间是紧密相联的长度的量度与参考系有关．时间的量度与参考系有关.绝对时空观现代时空观伽利略坐标变换与重合位置坐标变换公式经典力学认为：1）时间的量度是绝对的，与参考系无关；2）空间的量度也是绝对的，与参考系无关.*伽利略变换一切惯性系都是等价的经典力学的相对性原理若u＝常矢量对于不同的惯性系，对于运动的描述是相对的，但是力学的基本定律---牛顿定律，其形式都是一样的。经典力学的相对性原理：伽利略变换的困难光速c伽利略变换:麦克斯韦电磁场理论:利用伽利略变换对电磁现象的基本规律进行变换，发现这些规律对不同的惯性系不具有相同的形式。时间、长度、质量“同时性”和力学定律的形式是绝对的物体的坐标和速度、“同一地点”是相对的1.相对性原理物理规律对所有惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的（例如“绝对静止”的）惯性系。2.光速不变原理在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c，与光源的运动状态无关。6-2

爱因斯坦相对性原理、光速不变一、狭义相对论的两条基本原理下列几种说法（1）所有惯性系，对于基本物理规律都是等价的。（2）光在真空中的速度与光的频率、光源的运动状态无关。（3）在任何惯性系中，光在真空中沿任何方向的传播速度都相同。其中那些说法是正确的？（A）只有（1）、（2）正确。（B）只有（1）、（3）正确。（C）只有（2）、（3）正确。（D）三种说法都正确。如果你以接近于光速的速度朝一星体飞行，你是否可以根据下述变化发觉自己是在运动[]A．你的质量在增加B．你的心脏跳动在慢下来C．你在变小D．以上三种变化同时发生E．你永远不能由自身的变化知道你的速度洛伦兹坐标变换与重合*时间和空间是均匀的，因此它们之间的变换关系是线形的.假设(1)根据相对性原理，和是等价的(2)设想两个坐标原点重合时，从原点发出一个沿x轴传播的光脉冲，由光速不变原理，在任一瞬时t（t’）光信号到达点的坐标对两个坐标系来说分别是：消去消去正变换洛仑弱兹变朱换式对于狗洛仑骆兹变轰换的湖说明南：1、在洋狭义讲相对论论中查，洛仓仑兹慌变换桐占据缘瑞中心亡地位穿；2、洛灵仑兹近变换慰是同待一事掠件在掉不同背惯性跑系中生两组胳时空稠坐标摸之间丢的变捏换方沉程；3、各雨个惯术性系壤中的恼时间赛、空繁间量诞度的搬基准林必须丧一致兴；4、相溪对论宅将时泼间和四空间笨，及呈它们块与物抹质的捷运动亩不可父分割龄地联羽系起盗来了急。5、时间和空间的坐标都是实数，变换式中不应该出现虚数6、洛周仑兹长变换失与伽取利略眨变换殿本质鼓不同遍，但斯是在特低速原和宏宅观世缝界范滚围内川洛仑核兹变带换可愚以还沫原为谢伽利押略变桐换。伽利逮略变案换讨论《物理穗世界嚼奇遇刻记》--递--城市左速度纹极限汤普湖金斯秤先生自行峡车和跪车上遮的年距轻人羞在运临动方活向上剖都难籍以置蚕信地步缩扁桃了.--占--驰-运动腊物体摆的收奋缩街道兼缩短违了商店逃的橱魂窗变蔬得像尚一条岩条狭般缝人行昨道上视步行置的人浪则变润成他墙有生夺以来检第一爆次见叠到的稻细高匹条--梯--悬-相对盏性说明兽同时背具有命相对藏性，孙时间潮的量旬度是晃相对拦的.和光速象不变紧密君联系纲在一昼起的西是：苗在某宋一惯郑性系队中同时发生秃的两此个事伙件，挨在相班对于世此惯臣性系病运动泥的另永一惯古性系消中观趁察，吃并不一舟定是内同时发生皂的.6－3同时解的相誓对性象和时服间延堂缓一、什同时翼的相祸对性沿两嚷个惯奖性系言相对折运动系方向纯发生区的两仇个事棚件，果在其阳中一王个惯攻性系敬中表悲现为同时的，么在鞋另一懂惯性爪系中裙观察迟则不同哥时。结论仁：——同时枣的相袭对性用洛杂伦兹离变换距式说隆明同挥时性妙的相胆对性举。同时圈的相桌对性在一紫个惯忆性系宝中不胜同地递点同各时发姻生的推两个蒸事件谈在其壮他惯抱性系搞中不森再是折同时明事件佛。只有稳在一饼个惯刺性系源中同韵时同况地发爪生的善两个厨事件帜，在罚另一愁个参巴考系顷中才虑是同狸时同笛地发幸生的阻。K系中发捆生的尚两个苦事件尖和闷。伤若K’系以扩高速u相对k系沿x轴方向帮运动济，k’系测得他这两夸个事妨件必定是（桐）汁。A.同时事件B.不同派地点发生旨的同时事件C.即非同残时，也非同讲地D.无法恒确定时序主与因悲果律子弹前事件1：开枪在S中：后事件2：鸟死由因爹果律凳联系均的两抛事件针的时抖序是讲否会嘴颠倒团？在S'中：数是否咏能发钱生先惭鸟死城，后霉开枪富？在S中：先开枪捎，后鸟死子弹丧速度信号溪传递硬速度所以治由因最果率菠联系遣的两指事件糟的时感序不荣会颠洲倒。在S'系中制：仍然钻是开子枪在叼前，凭鸟死泉在后而。分析乖：二、万时间压的延拾缓汤普金斯先生两次看表学院邮局时间滔延迟：固有氧时:在某抗一参掉考系夕中同一毅地点先后盼发生浴的两志个事嫌件之皇间的谱时间届间隔宝叫固叛有时捎。时间舍延缓楼：运动的钟锋走得慢.固有啦时最信短例6.隆1一飞协船以u=9×柄103m/炼s的速愤率相轧对与惧地面砖匀速柿飞行乏。飞炎船上钱的钟位走了5s,地面在上的雀钟经器过了睁多少削时间红？解：飞船雨的时玻间膨答胀效址应实勿际上热很难宅测出某种真介质湖静止秤时的煎寿命葱是连，放如它右以速责度晶的速泛度运厅动，聚它能讲飞行厘的距勾离s为（兼）例6.屠2带正怒电的凳介子耕是一瞎种不史稳定透的粒千子。越当它近静止沫时，罗平均亚寿命珠为近，皇过后为即发处生衰礼变。脸今产遇生一问束墓介子涂，在茧实验限室测挎得它损的速弊率为u＝0.德99熄c，并测柄得它扯在衰舌变前闷通过杨的平炉均距旗离为52户m。这些建测量否结果删是否结一致便？固有时通过仁的平崭均距坝离：与实固验结艺果很客好的某符合杯！一对恨双生昆兄弟:“明明导”和喊“亮仿亮”,在他植们20岁生勒曰的隔时候,明明帽坐宇仁宙飞碍船去寒作一声次星时际旅听游,飞船储一去谜一回锯作匀阁速直垂线运调动,速度未为0.吹99巧98市C.明明汁在天削上过汉了一它年,回到抚地球姓时,亮亮类已多柳大年丧龄?双生哀子效劈燕应K系你怎么这样老了！老朽70岁了！亮亮K’系K系你怎么这样老了！老朽70岁了！K’系亮亮6.低4长度习收缩长度糖测量键的定使义：在某悠一参疏考系浪中，雁测量遮物体倚的长误度，仆就是硬要测丘量它肿的两查端点智在同一厉时刻的位藏置之泥间的经距离窗。同时愤的相蔬对性长度铃测量别的相尿对性长度忙收缩当

时.

长度石收缩联是一晶种相对效应,此结标果反傅之亦柔然.注意固有长度：棒静止时测得的它的长度叫棒的静长或固有长度.（最长）例6.康3固有追长度寄为5m的飞芬船以基的速野率相许对于视地面肺匀速决飞行组时，拨从地慕面上慢测量纯，它差的长茧度是拿多少科？固有长度习题3。宇秘宙飞枯船相蛇对地苍面以跨速度V作匀浇速直版线飞行慢，在弦某一您时刻吩，飞怖船头狼部的韵宇航舅员向凯飞船尾部足发出界一个腿光信鞠号，皮经过缠（胃飞船脖上的胡时钟）拆时间密后被问尾部邪的接贩收器马收到理，则烛由此波可知飞船惠的固侄有长从度为厅：6.业5在S系中触观察亩到在钓同一垫地点逼发生缺两个仪事件咳，第丑二事罪件发蔽生在栽第一强事件咳之后2s，在愉系械中观蹲察到薪第二绍事件扎在第诞一事学件后3s发生忙。求疯在古系吓中这凭两个奶事件臂的空损间距稀离。总结1.相对课性原程理物理吼规律翁对所间有惯喊性系殊都是匀一样病的，释不存拔在任钉何一继个特赚殊的粥（例分如“细绝对减静止贵”的余）惯黄性系婶。2.光速帽不变弦原理在一上切惯牺性系志中，矛光在魄真空琴中的胶速率言恒为c，与光勾源的跪运动横状态套无关像。两条落基本遵假设（爱因吓斯坦册的狭热义相座对论路基本巧原理)洛仑琴兹变荒换式总结位置锹坐标联变换狭义妄相对厘论时灾空观2、相对存于观测扯者运极动的史惯性栗系沿便运动篮方向际的长促度对劲观测定者来毕说收蒸缩了暴。1、相对框于观测环者运序动的栋惯性逃系的骨时钟始系统盐对观暖测者生来说睡变慢肯了。3、没距有“牙绝对红”的进时间上、“丸绝对扑”的牵空间烤。长沾度收现缩和通时间蜻的膨蜡胀是饥相对堤的。总结6.胜6相对舰论速学度变智换在S系中隆：在S’系中鉴：1.速度讨分量歼定义馋：4.洛仑御兹速启度变唤换式逆变势换正变蕉换例3：设任想一毯飞船及以0.栗80c的速掘度在童地球学上空转飞行呼，如果爬这时著从飞良船上剧沿速滋度方然向发顽射一疏物体叫，物厅体相对幼飞船基速度琴为0.悲90c。问：桑从地爬面上北看，蹲物体六速度稳多大万？s解：选飞爽船参壤考系冠为S'系地面才参考她系为S系狭义旷相对欢论动蜡力学6.这7相对冻论质酒量1.质量倘的表福达名猜铃想形乡丰式力持续作用物体持续加速但v的上歇限是c要求有：m随速绘率增渠大而师增大1.物体客质量荣与速馅度有情关，鞠物体鲜的静谎止质袍量最头小.2.物体饰运动恶极限糟速度拘为光气速。3.光子蜡静止梢质量穗为0.4.低速搞物体S分裂前分裂后-uu

在S’中观夕察：SABSSS

SuM在S中观绑察：S

SuAB分裂遗前分裂掩后系统动量：系统动量：动量守恒物体供相对荣于观河察者阀静止菜时，饼其密册度为加，拖若物优体以告高速骄相对绵于观朗察者额运动煤，观仅察者作测得课物体丛的密联度为，则引与漫的关坦系为做（挣）C一物菜体由盏于运袜动速凶度的旨加快锈而使债其质上量增帖加了哥，则尽此物王体在葱其运全动方细向上傻的长贝度缩御短了配（豪）。3.相对犁论动雅量及垫力的轻表达泛式用加岗速度和表示的牛滋顿第条二定轿律公素式在测相对秒论力虽学中俯不再甘成立艺。6.换9在什照么速助度下酸粒子垮的动雁量等舞于非仔相对仇论动麻量的竹两倍隆？动量：非相对论动量：p1病956.舟8相对炊论动施能在相什对论弟动力绿学中创，力芦对粒羊子所炮做的滥功使福它的授速率要由0增大蹄到拢时帜，力励所做梁的功张仍然补定义飘为和酒粒子州最后陪的动咐能相溉等。相对染论动构能两边誓求微奇分例1有一蛾粒子洽静止仗质量短为m0，现以吐速度v=启0.龟8c运动躬，计厉算它市的动首能(1妨)注意融相对罪论动篇能与染经典捡力学毁动能膛的区链别和撒联系讨论(2)当v

c，，意味着将一个静止质量不为零的粒子，使其速度达到光速，是不可能的。6.愁9在什失么速闸度下木粒子悦的动项能等优于非畏相对喉论动板能的装两倍挥？p1这95动能：非相对论动能：6.辜9相对擦论能称量动能静止时的能量讨论任何捏宏观尊静止钞的物合体具秋有能果量。相对男论质微量是狠能量肠的量度。能量啊的变化意味猪着质此量的名变化撑。能量守恒，则爹质量叶守恒谋。质能五守恒堂定律在一腥个孤善立系愧统内湖，所决有粒江子的陡相对有论能小量在腿相互馆作用砖过程御中保速持不乒变。质量坑守恒消定律在一递个孤拘立系膏统内旦，粒扭子在掉相互零作用蚊过程盏中相田对论变质量内