第7章狭义相对论1.ppt

第七章 狭义相对论;广袤的星空，神秘的宇宙， 多少遐想在科学面前成为现实。; （一）已经了解的相对性 运动描述与参考系有关, 运动规律与参考系无关。 对牛顿定律的认识(惯性系与非惯性系。);A君; Albert Einstein (1879-1955);宏观低速——经典物理;人类认识宇宙：;（四）学习本章的正确态度 1) 超越自我认识的局限 2) 自觉摆脱经验的束缚 --以事实为依据;2. 狭义相对论的两个基本假设;学习要求 ;§7.0 力学相对性原理和伽利略变换;牛顿的绝对时空观;伽利略变换;伽利略变换;2) Maxwell 方程组对伽利略变换非协变 通过电磁实验能否找到“绝对参照系” ──以太(ether);;;三、狭义相对论基本假设;1) 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展;四、同时性的相对性;处闪光,;;;一、 相对论变换和时空观 狭义相对论否定了牛顿的绝对时空观，因而也否定了伽利略变换，因此必须寻找一新的时空变换关系。 ( 1 ) 洛伦兹变换(Lorenz transformation) 作为相对论重要组成部分的这一时空变换关系，必须满足以下两个条件： 1) 满足相对性原理和光速不变原理； 2) 当质点速率远小于真空中光速 c 时，该变换应能使伽利略变换重新成立。;O、O’重合，且在此发出闪光; 反过来，S系x=0的各点，在S’系看来，其坐标为x’= -ut’，其速度为-u，沿x’轴负方向，即 ;将c,d,e式代入b式，;洛伦兹变换(正变换);正变换;[例] 地面参照系中，在 x= 1.0×106 m 处，于 t=0.02s时刻爆炸一颗炸弹。求沿 x 轴正方向以速率 u=0.75 c 运动飞船上的观察者测得这颗炸弹爆炸的地点和时间。;(d)由洛仑兹变换可以得到两个事件在不同惯性系中的时间间隔、空间间隔之间的变换关系。;[例] 地面观察者测得地面上甲、乙两地相距8.0×106 m，一列火车 由甲到乙作匀速运动历时 2.0 秒。求在与列车同向对地运行且u= 0.6 c 的宇宙飞船中观测，该列车由甲到乙的路程、时间和速率。;( 2 ) 洛伦兹变换下的速度变换和速度加法公式;正变换 ;讨论;思 考 ?;?;1)在S系中不同地点同时发生的两个事件，在S’系中观测并不同时，这一结论称为同时的相对性。同时性的相对性是光速不变原理的直接结果。 2)在S系中同时同地发生的两个事件，在S’系中的观测者看来也一定是同时发生的。此时，同时性才有绝对意义。 3)两个事件发生的时间顺序，在不同的参照系中观察，有可能颠倒。但须注意，这只限于两个互不相关的事件。;4)对于有因果关系的两个事件，它们发生的顺序，在任何惯性系中观察都是不应该颠倒的，即因在前，果在后。此即因果事件顺序的绝对性。;〖例〗北京和上海直线距离为1000km，在某一时刻从两地同时各开出一列火车。现由一艘飞船沿从北京到上海的方向在高空掠过，速率为u=9km/s. 求宇航员测得的两列火车开出时刻的间隔，哪一列先开出？;（2）长度收缩--运动尺子变短 ;事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端;原长最长;; 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)，与在另一系中观察(为发生在两个地点的两个事件)的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。;由洛仑兹变换，得;;;〖例〗?+ 介子静止时平均寿命为2.5×10－8s. 过后即衰变为一个?+ 子与一个中微子。今用高能加速器产生一束 ?+ 介子，在实验室测得它的速率为u＝0.99c，并测得它在衰变前通过的平均距离为52m. 问理论和实验结果是否一致？;uΔt;;在狭义相对论中讨论运动学问题的思路如下： 1)确定两个相对作匀速运动的参照系； 2)确定所讨论的两个事件； 3)表示两个事件分别在两个参照系中的时空坐标或其时空间隔； 4)用洛仑兹变换讨论。;思考;?;练习题; * 时间游戏：著名的双生子佯谬 爱因斯坦相对论给因果律加进了时间弹性，一个观测者随身携带的钟测量的时间称为原时，与相对观测者运动的钟所测量的时间是不同的。尽管这种差别只是在速度接近于光速时才变得显著，这个新的时间律还是带来了令人惊讶的后果。 著名的双生子佯谬已被谈得很多了。年龄为20岁的双生子，其中一个去作探索宇宙的旅行，他以297000km/s的恒定速度(光速的99％)飞到一个20光年之遥的行星上，并立即返回。他携带的钟表明自己出门在外6年，但留在地球上的那一个却说己过去了40年。 他们二人所经历的时间确实