大学物理 第22章 相对论.ppt

1.相对性原理 所有物理规律在一切惯性系中都具有形式相同。（所有惯性系都是平权的，在它们之中所有物理规律都一样） 22章 总结 一、爱因斯坦两个基本假设 例题22-1，2，3，4 练习22-9,10 二、狭义相对论时空观 例题22-5，6，7，8 练习22- 1，2，3，4 , 5，6，7，8 三、相对论力学 例题22-9，10，11，12，13 练习22- 11，12，13 ，14 * 2.光速不变原理 在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c ，与光源的运动状态无关 22-2 狭义相对论基本假设 在火车上 分别放置信号接收器 发一光信号 中点 放置光信号发生器 爱因斯坦火车 地面参考系 同时性的相对性——光速不变原理的直接结果， 以爱因斯坦火车为例说明 （ 同步钟） 一、 同时的相对性 研究的问题 两事件发生的时间间隔 发一光信号 事件1 接收到闪光 事件2 接收到闪光 发出的闪光 光速为 同时接收到光信号 ？ ？ 事件1、事件2 同时发生 事件1、事件2 不同时发生 事件1先发生 处闪光 光速也为 系中的观察者又如何看呢？ 1) 同时性的相对性是光速不变原理的直接结果 2) 相对效应(总之；沿两个惯性系相对运动方向发生的两个事件，在其中一个惯性系中表现为同时的，在另一惯性系中观察，则总是在前一惯性系运动的后方的那一个事件先发生。） 3) 当速度 u 远远小于 c 时，两个惯性系结果相同 随 运动 迎着光 比 早接收到光 讨论 二.时间的延缓 u S’ d 　　从地面S系来测量,这个时间间隔△t又是多少呢? 反射镜M 光讯号钟 设想在一列以速度 u 匀速运动的车箱里,有一台光讯号钟,车箱顶部放置一面反射镜M,可使光脉冲反射 ,设车箱高度为d。 　　在S’系测量，光讯号从发射到接收所用时间 △t’=2d/c 问题： X o S系 u u (X1,t1) (x2,t2) u 反射镜 光讯号钟 0 地面S系 X 由光速不变原理和三角形勾股定理可得如下式 u c c d 在一个惯性系中,运动的钟比静止的钟走得慢。这种效应称爱因斯坦延缓；或时间膨胀；或钟慢效应。 例1、一飞船以 u = 9×103 m/s 的速率相对与地面匀速飞行。飞船上的钟走了 5 s, 地面上的钟经过了多少时间？ 解： 飞船的时间膨胀效应实际上很难测出 若 u = o.998c 飞船上招手用0.4秒 相差50倍！ 为固有时 例2、带正电的 ? 介子是一种不稳定的粒子，当它静止时，平均寿命为 2.5×10-8s, 之后即衰变成一个 ? 介子和一个中微子。今产生一束 ? 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, 这些测量结果是否一致？ 解：若用平均寿命 ?t = 2.5 ×10-8s 和 u 相乘，得7.4m,与实验结果不符。考虑相对论的时间膨胀效应， ?t′是静止 ? 介子的平均寿命，是固有时，当?介子运动时，在实验室测得的平均寿命应是： 实验室测得它通过的平均距离应该是：u Δt = 53m, 与实验结果符合得很好。 如何测量一个运动物体的长度? 记下运动物体两端的“同时”位置,如图所示站台上的AB,然后去量它们之间的距离,就是运动着的火车的长度。 §22.4 相对论运动学--- 长度收缩 2在S系如果先测A’点的位置,再测B’点的位置,则测量结果比实际长度长还是短?为什么? (答案:1短。2长。) 问题： 1.在S系如果先测B’点的位置,再测A’点的位置,则测量结果比实际长度长还是短?为什么? 测量一个运动物体长度的合理方法: S系 站台 u A’ B’ C’ S’系 A B Y O O’ X X’ S Y’ S’ u A’ B’ （x1，t） Δt是固有时间,运动尺子的长度为 在S系测量尺子的长度 Y’ O Y S O’ X X’ S’ u A’ B’ （x1，t+Δt） 设尺子相对于地面以速度u向右运动t=0和t’=0时两坐标系原点重合 在S系测量,B’通过X1点的时刻为t A’通过X1点的时刻为t+Δt Δt’是运动时间,静止尺子的长度(固有长度)为 在S’系测量尺子的长度 Y Y’ O O’ X X’ S S’ u A’ B’ x1 t’ x1 t’+Δt’ Y’ O Y S O’ X X’ S’ u A’ B’ X1 通过B’点的时刻为: X1 通过A’点的时刻 t’+Δt’ t’ 物体沿运动方向的长度比其固有长度短。这种效应称做洛仑兹收缩,或尺缩效应。 结论: 例1、试从π介子在其中静止的参照系来考虑π介子的 平均寿命。 解：从π介子的参照系看来，实验室的运动速率