第13章-狭义相对论(一)概述.ppt

第十三章 狭义相对论 §13-1 基于绝对时空的力学理论 §13-2 狭义相对论基本原理与时空的相对性 §13-3 洛伦兹变换 例2： 两宇宙飞船相对于某一惯性系分别以0.7c和0.9c的速率沿同方向（x 轴）飞行。求两飞船的相对速率。 解 已知：ux = 0.7c , v = 0.9c . 解 求 (1) 飞船 A 上测得地球的速度； (2) 飞船 A 上测得飞船 B 的速度； (3) 地面上测得飞船 A 和飞船 B 的相对速度。 (1) 根据运动的相对性，飞船 A 上测得地球的速度为: - 0.6c (2) 设地面为 S 系，飞船 A 为 S 系，S 系相对与 S 系的速度为 v = 0.6 c. 依题意飞船 B 在 S 系中的速度 ux= -0.8 c， 由洛仑兹速度变换，S 系(飞 船 A)测得飞船 B 的速度为 A B O S S O 例3：飞船 A , B 相对于地面分别以 0.6 c 和 0.8 c 的速度相向而行。 (3) 地面上测得飞船 A 和飞船 B 的相对速度为 在相对论中，物质的运动速度不会超过真空中的光速 c，是指某观察者看到的所有物体相对于它的速度不会超过 c. 在地面上观测飞船 A 和飞船 B 的相对速度是地面看到的其它两物体的相对速度，它不是某一物体对地面的速度，因此不受极限速度的限制。 这不违背相对论。同时观测两个物体的(接近)速度超光速是不足为奇的。这是相对论中速度的真正涵义。 设两事件同时发生在S系中的不同的地点x1和x2。 1、“同时”的相对性(relativity of simultaneity) 问题：在某一惯性系中的同时事件，在另一相对其运动的惯性系中是否是同时的? 13-2-2 时空的相对性 洛仑兹变换 S系同时发生的两事件,?t = 0 系 若 则 ，两事件同时发生。 若 则 ，两事件不同时发生。 理想实验：爱因斯坦火车, 站台 ; 火车 同时 不同时 C发一光信号 事件1: A接收到光信号 事件2: B接收到光信号 问题：S系、S?系事件1、事件2是否同时发生？ 结论：“同时性”具有相对性 ——光速不变原理的直接结果 说明同时具有相对性，时间的量度是相对的 . 和光速不变紧密联系在一起的是：在某一惯性系中同时发生的两个事件，在相对于此惯性系运动的另一惯性系中观察，并不一定是同时发生的 . 归纳讨论： 1、一个惯性系中同时但不同地发生的二事件，在另一惯性系观察必不同时。 2、一个惯性系中同时同地发生的二事件，在另一惯性系中观察一定同时。 3、一个惯性系中既不同时也不同地的二事件，在另一惯性系中有可能为同时， 条件为： 光速是速度的极限，故： ，所以 与 同号。 4、同时性为相对的，但因果顺序不变，即 与 同号。 例4: 在惯性系S中，有两事件同时发生在xx′轴上相距1.0?103m处，从S ′观察到这两事件相距2.0?103m。试问由S ′系测得此两事件的时间间隔为多少？ 解： 2、时间延缓（膨胀） 两事件发生在S?系中的同一地点x ? ，时间分别为t1 ?和t2 ?。 S系测得的时间： t1和t2 S系 系 时间延缓公式： 结论： 时间延缓效应表明了时间间隔只有相对意义，运动的时钟变慢了。 在某一惯性系中同一地点先后发生两事件的时间间隔 ?。 原时： 原时最短 时间延缓：在S系中记录下两事件的时间间隔大于在S’系中记录到的原时。 动钟变慢 运动的钟慢效应 理想实验：爱因斯坦火车 站台系： 火车系： 用一个相对事件发生地静止的钟测量的两个同地事件的时间间隔——原时 (固有时间)? 该两事件为异地事件，需用两只钟测出其时间间隔：非原时 从两时间式中消去d，有 原时最短 运动时钟变慢效应——时间膨胀，时间延缓 应当注意：时间膨胀或运动的时钟变慢，完全来自相对性时空效应，与钟表的具体运转无关。也与运动物体的物理、化学、生物性质无关。 实验验证：1971年飞机载铯原子钟环球航行, 地球赤道地面放置A钟,地球赤道上空约一万米处B钟向东飞行,C钟向西飞行. A、B、C对太阳参考系均向东： 结果：钟 B 慢于 A 慢于 C 验证了相对论时间膨胀效应。 * 时间延缓是一种相对效应。 原时是由静止在“当地”的同一只钟测量； “两地时”用校准的“同步钟”测量。 * 当速度远远小于c 时，时