第四章相对论基础.pptVIP

4-2 狭义相对论的基本假设 洛伦兹变换 2、爱因斯坦的狭义相对论基本假设 §3同时性的相对性 relativity of simultaneity 4-3 狭义相对论的时空观 一.时间膨胀 time dilation 运动时钟变慢 考察一只钟 在研究一个物理过程的时间间隔中 在某系中，同一地点先后发生的两个事件的 时间间隔(同一只钟测量)，与另一系中，在两个 地点的这两个事件的时间间隔(两只钟分别测量) 的关系。 研究的问题是： 如幽灵的寿命？ a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 花开事件： 花谢事件： 处发生两个事件： 系： （寿命） 在S系中观察者测量花的寿命是多少？ 1.原时 Proper time 一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟测量到的时间，称为 固有时间（原时）。用 表示。 一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测量到的时间，称为 观察时间（两地时）。用 表示。 2、观察时间（两地时） 3.原时最短 时间膨胀 考察 中的一只钟 两事件发生在同一地点 两地时 原时 由洛仑兹逆变换 原时最短，动钟变慢 ? . . 哥 哥 a f e 0 . 弟 弟 在S系中观察者总觉得相对于自己运动的 系 的钟较自己的钟走得慢。 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 快 慢 ? 对发生事件的地点做相对运动的惯性 系S中度量的时间比相对它静止的惯性系 中度量的时间要长。 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 结论：对本惯性系做相对运动的钟 （或事物经历的过程）变慢。 在 系中观察者总觉得相对于自己 运动的S系的钟较自己的钟走得慢。 ? 运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征 ? 原时 ? 双生子效应 讨论 二.长度收缩 length contraction 对运动长度的测量问题 怎么测？ 同时测 1.原长 棒相对观察者静止时测得的它的长度（也称静长或固有长度）。 棒静止在 系中 静长 棒以极高的速度相对S系运动 S系测得棒的长度值是什么呢？ 事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端 2.原长最长 由洛仑兹变换 物体的长度 沿运动方向收缩 ? 相对效应 讨论 ? 纵向效应 ? 在低速下 ? 伽利略变换 ? 同时性的相对性的直接结果 在S中的观察者 在 中的观察者 例：设想一飞船以0.80c 的速度在地球上空飞行， 如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体，物体 相对飞船速度为0.90c 。 问：从地面上看，物体速度多大？ s 解： 选飞船参考系为 系 地面参考系为 系 狭义相对论动力学基础 高速运动时动力学概念如何？ 基本出发点： ?基本规律在洛仑兹变换下形式不变； ?低速时回到牛力 §7相对论的质量和动量 一.质量和动量 1.力与动量 状态量 合理 合理 2.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 质—速 关系 实验证明 讨论 ? 合理性 ? 特殊情况下，理论证明 ? 最终由实验证明(即将说明) ? 由于空间的各向同性 与速度方向无关 ? ? 相对论动量 ? 数据 物体的 静止质量。 相对于观察 者以速度 运动时的质 量。 1 2 3 4 0.2 0.4 1.0 0 0.6 0.8 质速关系式 二. 狭义相对论运动方程 由 得 两式联立得 讨论 ? 不仅取决于 还取决于 ?若 与牛力形式相同 惯性的量度 但 ? 一般情况下 不是惯性的量度 例 分析垂直进入均匀磁场中的带电粒子运动情况 已知:磁感强度为 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 分析： 圆周运动 实验验证 与 关系的理论基础 1908年德国布歇勒做出了质量与速度的关系 有力地支持了相对论 产生均匀磁场的线圈 ---镭源 产生均匀电场的平行板电容器 ---感光底片 实验物理学家是伟大的 实验装置 §8 相对论性能量 一.相对论动能 动能定理应该是合理的 ?设计质点从静止，通过力作功，使动能增加。 ? 由 ? 动能 两边求微分: 讨论 ?合理否？ ?与经典动能形式完全不同 若电子速度为 * 第四章 相对论基础 special relativity 爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼 在两个惯性系中考察同一物理事件 t时刻，物体到达P点 4-1 力学相对性原理和伽利略变换 一.伽利略变换 Gali