第3章 相对论基础.ppt

大学物理 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 三、长度的收缩 标尺相对 系静止 在 S 系中测量(运动) 测量为两个事件 要求 在 系中测量(静止) 固有长度 运动长度 当 时 . 长度收缩　　固有长度（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 固有长度 运动长度 例3-4 一飞船以u=9×103 m·s-1的速率相对于地面匀速飞行。飞船上的钟走了5 s的时间，用地面上的钟测量是经过了多少时间？ 解： u=9×103m·s-1，Δt′=5 s，Δt=？ 因为Δt′是用飞船上的钟测得的时间，所以为固有时. 可见，对于u=9×103m·s-1这样大的速率运动的飞船来说，时间延缓效应实际上是很难测量出来的。 例3-5　带正电的π介子是一种不稳定的粒子。当它静止时，平均寿命为2.5×10-8 s，过后即衰变为一个μ介子和一个中微子。今产生一束π介子，在实验室测得它的速率为u=0.99c，并测得它在衰变前通过的平均距离为52 m，这些测量结果是否一致？ 解：如果用平均寿命Δt′=2.5×10-8，s和速率u相乘，得 L′=0.99×3×108×2.5×10-8=7.4m L′52 m，这和实验结果明显不符。为什么？ 若考虑相对论时间延缓效应，Δt′是静止π介子的平均寿命，为固有时 。 当π介子运动时，在实验室测得的平均寿命应为 (运动时) 在实验室测得它通过的平均距离应该是 L=uΔt=0.99×3××108×1.8×10-7 和实验结果符合 实际上，近代高能粒子实验，每天都在考验着相对论，而相对论每次也都经受住了这种考验。 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. 狭义相对论的时空观 §3-4 狭义相对论动力学基础 *基本规律在洛仑兹变换下形式不变； *低速时回到牛顿运动定律 高速运动时动力学概念如何？ 基本出发点： 思路：重新定义质量、动量、能量，使相应的守恒定律在相对论力学中仍然成立。 一、相对论质量 *1901年考夫曼得出m随速率增大而增大的结论。 *动量守恒定律作为一条基本定律，在所有的惯性系中都适用。P =mv 动量 状态量 合理 合理 质量的表达 猜想形式？ 持续作用 持续 但 的上限是 c 随速率增大而增大 要求 K系的观察者看 方向：+x 根据动量守恒定律 静质量：物体相对于惯性系静止时的质量 . 　由于空间的各向同性 与速度方向无关 在不同惯性系中大小不同 . 相对论质量 相对论动量 C 数据 (1)物体质量与速度有关， 物体静止时质量最小。 (2)当 时 (3) v＞c时，m 成为负数，无意义。所以光速是物体运动的极限速度。光子静止质量为0，可达到光速。 (4)v c，m=m0牛顿力学是相对论力学在低速情况下的近似。 讨论 * * §3-1 伽利略相对性原理 经典力学时空观 §3-2 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 §3-3 狭义相对论时空观 §3-4 狭义相对论动力学基础 　Albert Einstein:1879~1955, 美籍德国物理学家，二十世纪的‘哥白尼’，牛顿之后最杰出的科学家。 1）1905年(26岁)，相对论、光电效应和布朗运动； 2）1915年，广义相对论； 主要贡献： 发明弯曲四维时空的观念来描述万有引力现象 3）1917年　受激辐射理论 1921年诺贝尔物理学奖 错误： 1）宇宙学常数? 2）反对量子力学 §3-1 伽利略相对性原理 经典力学时空观 对于不同的惯性系基本力学定律的形式一样吗？ 牛顿力学：对于任何惯性系，牛顿定律都成立！ 一、伽利略相对性原理 一切彼此作匀速直线运动的惯性系，对于描写机械运动的力学规律来说是完全等价的，并不存在任何一个比其他惯性系更优越的惯性系。 在一切惯性系中力学定律形式相同。 二、伽利略变换 2.1 伽利略坐标变换 * 2.2伽利略速度变换 加速度 　伽利略变换中已经隐含了时空观念 三、经典力学的绝对时空观 注 意 牛顿力学的相对性原理，在宏观、