14-4狭义相对论的时空观.ppt

相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别很大，很难被普通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又常常弄不懂这伟大的内容。这使人们想起英国诗人波谱歌颂牛顿的诗句: 第十四章 相对论(2) 1. 阅读: P271～P288 2.书面作业: P297习题： 14-14, 14-17, 14-20,14-24 3. 预习: P301～P320 例2一汽车原长 若速度 若速度 长度改变 问题练习 长度改变 一 同时的相对性 事件 1 :车厢后壁接收器接收到光信号. 事件 2 :车厢前壁接收器接收到光信号. S 系 ( 地面参考系 ) 事件 2 事件 1 设 S系中x1、x2两处发生两事件,时间间隔为 .问 S′系中这两事件发生的时间间隔是多少？ 系 (车厢参考系 ) 在一个惯性系同时发生的两个事件，在另一个惯性系是否同时? ------不同时 ------不同时 2 同地不同时 1 同时不同地 S系 S′系 讨论 ------同时 ------不同时 时 ---同时 3 同时同地 4 不同时不同地 S系 S′系 讨论 结论 同时性具有相对意义 沿两个惯性系运动方向，不同地点发生的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的，在另一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义； 只有在同一地点，同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的. 二 长度的收缩(动尺变短) 棒沿 轴对 系静止放置,在系中同时测得两端坐标 则棒的固有长度为 固有长度：物体相对静止时所测得的长度 . 问 在S系中测得棒有多长? (注意:在S系测量要求1,2同时!) 设 在S系中某时刻 t 同时测得棒两端坐标为x1、x2，则S系中测得棒长 l= x2 - x1， l与l0的关系为： 长度具有相对意义 V 物体在运动方向上长度收缩 结论 S’系的观测者认为S系的测量1,2不同时,2的读早了,1读数迟了, 因此棒(长度)变短了! 注意 长度的测量和同时性概念密切相关! ① 在不同惯性系中测量同一棒长，以固有长度长为最长。 ② 长度收缩效应是相对的。 当v c 时, 化为经典结果。 ④ 讨论 若棒放在 S 系， 固有长度（proper length） ③ 该效应是时空属性之一，与棒结构无关。 三 时间的延缓(动钟变慢) B 发射光信号 接受光信号 时间间隔 系同一地点 B 发生两事件 在 S 系中观测两事件 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 ? 在不同惯性系中测量给定两事件之间的时间间隔，测得的结果以固有时间最短。 ? 经典力学绝对时间概念只不过是狭义相对论的时间概念在低速情况下的近似，若 ? 运动参考系中的时间节奏变缓了。包括一切物理过程、化学过程、乃至观测者自己的生命节奏都变缓。 讨论 ? 狭义相对论时间延缓效应是相对的。 ? 从狭义相对论的基本假设，可直接导出时间延缓效应 经历的时间 测量的时间 可导出测量时间为 注意光速不变性! 例5 设想一光子火箭以 速率相对地球作直线运动 ，火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去 10 min , 则地球上的观察者测此事用去多少时间 ？ 运动的钟似乎走慢了. 解 设火箭为 系、地球为 S 系 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. 小结 例7 一短跑选手，在地球上以10 s的时间跑完100 m.在飞行速度为0.98c 的飞船中的观测者来看，这选手跑了多长时间和多长距离？ 分析 首先要明确，起跑是一个事件，到终点是另一个事件，这是在不同地点发生的两个事件．所以不能套用时间膨胀公式，应用洛伦兹坐标变换式来计算时间间隔． 从这里可以看出，运用时间膨胀公式得到相同的结果，其原因是在本题中: 解 这一条件不是任何时候都能满足的！但在地球这一有限空间内，是可以满足的，虽然这两事件并不同地，但可近似地套用时间膨胀公式. 本题求距离，所以可以套用长度缩短公式： 但如果本题要计算起跑和到达终点两个事件的空间间隔 空间间隔是负的. 则 例2 在惯性系S中，有两事件发生于同一地点,且第二事件比第一事件晚发生?t=2s,在惯性系S’中观察第二事件比第一事件晚发生?t’=3 s.那么, S’系中发生这两事件的地点之间的距离是多少? 解: ?t