第十一章狭义相对论力学2.ppt

第十一章 狭义相对论;爱因斯坦（A.Einstein，1879-1955） 1905 《论运动物体的电动力学》 现代时空的创始人;11-1 狭义相对论的基本原理; 根据伽利略变换，我们可得出牛顿的绝对时空观，也称之为经典时空观;物体的坐标和速度、“同一地点”是相对的;伽利略变换的困难 1) 电磁场方程组不服从伽利略变换 2) 光速c ;1、迈克耳逊-莫雷实验;迈克耳逊干涉仪;将干涉仪转过90°，时间差为;干涉条纹应移动的数目;2、洛仑兹的“收缩假设”与变换理论;三、狭义相对论基本原理;2. 光速不变与伽利略变换;11-2 洛伦兹变换;时空变换关系;逆变换;对于洛仑兹变换的说明：;例：一短跑选手，在地球上以10s的时间跑完100m，在飞行速率为0.98c的飞船中观测者看来，这个选手跑了多长时间和多长距离（设飞船沿跑道的竞跑方向航行）？;例：在惯性系S中，相距?x=5?106m的两个地方发生两个事件，时间间隔?t=10-2s；而在相对于S系沿x轴正向匀速运动的S系中观测到这两事件却 是同时发生的，试求：S系中发生这两事件的地点间的距离?x。;二、洛伦兹速度变换式;由洛仑兹变换知;洛仑兹速度变换式;一维洛仑兹速度变换式;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？;解：选飞船参考系为S系;思考题：一宇宙飞船相对地球以0.8c的速度飞行。一光脉冲从船尾传到船头，飞船上的观察者测得船长90m，求:地球上的观察测得光脉冲从船尾发出和到达船头两个事件的空间间隔。;一、同时性的相对性;S Einstein train;研究的问题 两事件发生的时间间隔;事件1、事件2不同时发生;同时性的相对性;1 同时性的相对性是光速不变原理的直接结果;二、长度收缩;事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端; 1、相对效应 ;2 纵向效应 ;例：原长为10m的飞船以u＝3×103m/s的速率相对于地面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？;例：一根直杆在S系中，其静止长度为l，与x轴的夹角为?。试求：在S系中的长度和它与x轴的夹角。两惯性系相对运动速度为u。;三、时间延缓;(观测时间);例、一飞船以3×103m/s的速率相对于地面匀速飞行。飞船上的钟走了10s,地面上的钟经过了多少时间？;由因果律联系的两事件的时序是否会颠倒？;子弹速度;狭义相对论时空观;?狭义相对论时空观认为： 时间、空间、运动三者是不可分割地联系着；时间、空间的度量是相对的。不同的惯性系没有共同的同时性，没有相同的时间、空间度量。狭义相对论时空观反映在洛仑兹变换之中。;例：宇宙射线进入大气层时，会形成丰富的μ子。 并以0.995c的速率飞向地面。 已知实验室中μ子（静止）的平均寿命为　　　　　　　 设大气层厚度为6000m，试问μ子 能否在衰变前到达地面？ ;解法二 ; 问题1： 一火车以恒定速度u通过隧道，火车和隧道的静长是相等的。从地面上看，当火车的前端b到达隧道的B端的同时，有一道闪电正击中隧道的A端。试问此闪电能否在火车的a端留下痕迹？;即隧道的B端先与b端相遇，而后A处发生闪电。当A端发生闪电时，火车的a端已进入隧道内，所以闪电仍不能击中a端。;隧道变短了，B端与火车b端相遇时，火车露在隧道外面的长度为; 问题2： S系中的观察者有一根米尺固定在x轴上，其两端各装一手枪。在S′系中的x′轴上固定另一根长尺，当后者从前者旁边经过时，S系中的观察者同时扳动两手枪，使子弹在S′系中的尺上打出两个记号。试问在S′系中这两个记号之间的距离是小于、等于、还是大于1 m?;高速运动时动力学概念如何？ 基本出发点： 1、力学定律在洛仑兹变换下形式不变； 2、低速时转化成相应的经典力学形式。;一、质量与速度的关系;二、狭义相对论动力学的基本方程;三、 相对论动能 动能定理应该是合理的 设质点从静止，通过力作功，使动能增加。;相对论动能;1) 合理否？;说明将一个静质量不等于零的粒子加速到光速须作 无穷大的功.或者说实物粒子速度有一极限速度c.;四、质能关系;相对论质量是能量的量度;质能守恒定律;例1、美国斯坦福大学电子直线加速器对被加速电子作功21GeV，若在入口处电子初速度为0，则在加速器末端电子将获得多大速率（1eV=1.6×10-19J）？;该速率已远超过光速，所以必须考虑相对论效应;例2、试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一所释放的能量，其聚变反应为;相应释放的能量为;五、动量与能量的关系; 凡质量都要受到引力的作用，有些物质如光子，其静质量为零，但具有动