第10章_狭义相对论选读.ppt

* * * * * * * * * * 例1、 有一个高速火车以速度u 驶进车站时，停在站台上的相距1米的两个机械手在车上同时划出两个痕迹，问在火车上看两痕迹的距离为多少？ 解2 取地为S 系，车厢为S系，因： 解1 火车上看两痕迹的距离为原长， 1米为尺缩的长度。 理解：1）按题意，看到同时划痕的惯性系是站台； 2）两个划痕留在火车上，相对火车静止，所以火车是划痕的固有参考系，火车测得的长度是固有长度。 课前作业31： 2、什么是固有参考系？可以对关联（因果）事件定义固有参考系吗？固有参考系测量到的事件过程的时间和长度有什么特点？为什么说这些特点是相对的？ 3、如果对两个事物同时比较它们的某种性质，由于异地同时性是相对的，怎样进行比较才会得到广泛的承认？了解“双生子佯谬”，为什么在“双生子佯谬”中要求飞船上的兄弟返回地球才能进行年龄的比较？ 1、两个事件之间间隔的时间，相对运动的观察者看到的不同，有没有一类时间间隔，不同观察者看到的只是时间长短的变化，而时间次序（时间的正负）没有改变？对这类时间间隔，哪个惯性系测得的时间最短？ 5、如果对物体一直施加很大的力，那么物体的速度就会一直增加，这样会不会破坏光速极限的结论？ 4、时空观的改变会影响所有和时空有关的概念和定律，想想会有哪些概念和定律在相对论下发生变化？在没有高速情况的实验结论的前提下，怎样构建一套全新的力学理论体系？哪些概念和定律会在新的理论体系下保持不变？ 五、时间膨胀效应： 不能发生因果联系的两个事件的时间间隔 时间间隔 能够发生因果联系的两个事件的时间间隔 不能发生因果联系的两个事件是彼此独立的事件，其时间次序可以改变，研究其时间间隔没有意义。 能够发生因果联系的两个事件，其时间次序不可以改变，只是不同观察者测得的时间间隔的长短不同。 我们只研究关联（因果）事件之间的时间间隔。 对于两个关联事件，总可以找到相应于它们的一个特殊的惯性系，在该惯性系中两个事件发生在同一个地点，即△x=0。 2 1 b - ￠ D + ￠ D = D t u x x 证明：任意的某个惯性系S ?观察到两个关联事件的时空间隔是(△x?,△t?)，S ?相对某惯性系S速度为u，有 要求S中观察到该组关联事件的△x=0，则有： ——只要S系相对S ?系的速度（-u）等于该组关联事件中 物理影响相对S ?系的平均传递速度 即可。 固有参考系：观测到关联事件发生在同一个地点的参考系。 注意：1）固有参考系是相对于某一组关联事件而言的； 2）固有参考系可以说成是相对关联事件“静止”的参考系。 固有参考系就是关联事件中的物理影响或者相对该物理影响静止的参考系。 举例：列车从北京出发（事件1 ），最后到达上海（事件2），事件1和事件2是关联事件。 事件1、2的固有参考系就是列车或者相对列车静止的观察者。 思考：1）红军二万五千里长征，谁是固有参考系？ 2）甲打电话，乙收到电话，谁是固有参考系？ 固有参考系测得的关联事件之间经历的时间称为原时或固有时间，记做： 固有参考系S ?： 其它参考系S ： 时间膨胀效应：静止（发生在同一个地点）的关联事件经历的时间最短，关联事件一旦运动起来，其经历的时间就会变长，过程就会变慢。 τ是其它参考系测得的时间，|u|是其它参考系相对固有参考系的速度，或者其它参考系相对关联事件的速度。 相比静止的时钟，运动的时钟走时变慢——钟胀效应。 运动物体上发生的任何过程都变慢了！ 说明：1、时间膨胀是相对论效应，与时钟本身结构无关， 变慢的幅度与关联事件相对观察者运动的速度有关。 2、尺缩钟胀效应是观察者相对事物运动速度不同造成的，本质上运动事物的长度和时间没有发生任何变化。 3、尺缩钟胀效应是相对的，任何相对运动的两个物体观察对方都会出现长度收缩和过程变慢的效应。 [例3] 以u = 0.9998 c 飞行的飞船，船上的指示灯亮灭一次， 在飞船上记录的时间为1s，求在地球上记录的时间？ 例2、π介子静止寿命是2.6×10?8s，某加速器加速π介子至2.4×108m/s，求实验室测得π介子的寿命和平均飞行距离。 同样，若该事件发生在地球上某处，经历的时间为1s， 则飞船上的钟记录为50s，飞船上的人说地球的钟变慢了。 两种测量并不矛盾，因为异地同时性是相对的。（画图） 时间膨胀效应在粒子物理学中有大量的实验证明。 当他们核对时间时，地球上的人认为飞船上的钟变慢了。 注意：两个事物同时同地的比较是绝对的！ 要想对两个事物的一段过程进行一个绝对、有意义的比较，必须使：①两个事物相对静止；或者 双生子佯谬中飞船上的人做变速运动，是非惯性系，这就超出了狭义相对论研究的范畴，需要广义相对论的