第四章狭义相对论基础2.ppt

μ介子的寿命 μ子在静止参照系中的平均寿命为 在大气层上层产生的μ子,速度 ＝0.998c。 没有相对论效应，能运动的距离 实际上μ介子可穿越上万米的大气层到达地面。 电子电场中加速 电子获得q.U的动能 动能为 ，所需要的加速电压只要25万伏特 思考题 有一列列车静止时的长度比一个隧道的长度要长。当它高速通过该隧道时, 有两道闪电同时打在隧道的两端，由于相对论效应，长度收缩到短于隧道的长度，因此使得站在列车两端的两个人都躲过了闪电的伤害。但运动是相对的，在列车上的人看来，隧道在向反方向运动，那么现在问：在列车上的人看来，列车两端上的人能躲过闪电的伤害吗？ 人的生命是有限的（假设为200年），而根据相对论任何一个有质量的物体，其运行速度都不可能超过光速，那么是否意味着我们在一生中不可能走出200光年的范围？为什么？ 3. 想象一下有限无边的空间，能举出1-2个例子吗？ Zjupgw@hz.cn 第四章 狭义相对论基础(2) §4-4 狭义相对论的时空观 1.同时的相对性 两个事件在惯性系S中观察是同时的，而在惯性系S′观察就不会再是同时的了。这就是狭义相对论的同时相对性。 同时的相对性 问题： 发生在同一地点的两个同时事件， 对另一个参考系不同时，这可能吗? 同时的相对性 答:不可能. 长度的测量的同时性要求 2. 长度缩短 (长度测量基本要求是什么?) 洛仑兹变换： 在 系，棒长为两坐标的差: 在 S 系中的观测者为: 长度缩短 结论： 从对物体有相对速度的参考系中所测得的沿速度方向的物体长度，总比与物体相对静止的参考系中测得的长度(称为固有长度,或称静长)为短。 问： 相对论“尺缩效应”是物体变真的缩短? 长度缩短 S′以一定的速度运动。 设在S′系中一固定坐标处，两事件的时间间隔为： 而有 S 系为： 3.时间的膨胀 时间的膨胀 说明： （1）同一地点测得两个事件时间间隔称为: 固有时间 ,简称原时,它最短,运动时钟变慢. 问题:测原时基本要求是什么?。 （2）运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的 实验证明。 时间的膨胀 爱因斯坦的“光钟” 练一练:宇宙飞船相对于地面以速度 v 作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过 Dt （飞船上的钟）时间后，被尾部的接收器收到，则由此可知飞船的固有长度为 [ A ] 例4-3：一短跑运动员在地球上以10s的时间跑完了100m。在沿短跑飞行速度为0.8c的飞船中的观察者来看，这运动员跑了多长时间和多长距离？ 解：在地球上，已知运动员的时空改变为：?x=100m， ? t=10s；K系（飞船）相对于地球的速度为：u=0.8c. 4.两种时空观对照 经典时空观： 相对论时空观： 空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和物质运动三者没有联系。 a.时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质 运动是不可分割的。 b.不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现 对方的钟走慢了。 两种时空观对照 c.不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现 对方的“尺”缩短了。 D.光在任何惯性系中传播速度都等于 C ，并且是 任何物体运动速度的最高极限。 E.在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯 性系中可能是不同时的。 两种时空观对照 §4-5 狭义相对论动力学基础 1. 相对论力学的基本方程 牛顿力学中，动量 a.在洛伦氏变换下保持协变; b.在 时，还原牛顿力学形式。 m ：不随物体运动状态而改变的恒量。 相对论动量必须满足以下两个条件： 1 0 P 相对论性质量： ——静止质量 由此，得相对论动量： 0 1 相对论力学的基本方程 说明： b.当 时， 力增加速度是否增加? 问:光子有无静止质量? c.当 时，必须 即以光速运动的物 体是没有静止质量的。 相对论力学基本方程 a.在 时， 。 相对论力学的基本方程 4.6 质量与能量的关系 (1) 相对论动能 设一质点在变力作用下，由静止开始沿X 轴作 一维运动，根据动能定律： 相对论动能 在 的条件下： 相对论动能 实际上即使加上100亿伏特的电压，也达不到光速 (2) 相对论总能量 说明： a. 物体处于静止状态时，物体也蕴涵着相当 可观的静能量。 b. 相对论中的质量不仅是惯性的量度，而且 还是总能量的