15-3 狭义相对论地时空观-1.pptVIP

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第十五章 狭义相对论 一 同时的相对性 事件 1 :车厢后壁接收器接收到光信号. 15-3 狭义相对论的时空观 狭义相对论的基本概念 事件 2 :车厢前壁接收器接收到光信号. 同时不同地 事件 2 系 (车厢参考系 ) S 系 ( 地面参考系 ) 事件 1 结论 :沿两个惯性系运动方向,不同地点发生的两个事件,在其中一个惯性系中是同时的, 在另一惯性系中观察则不同时,所以同时具有相对意义;只有在同一地点, 同一时刻发生的两个事件,在其他惯性系中观察也是同时的 . 在 S 系 在 系同时同地发生的两事件 此结果反之亦然 . 注意 测量运动汽车的长度 长度的测量和同时性概念密切相关. 同时记录 和 先记录 后记录 二 . 长度的收缩 动尺缩短效应 爱因斯坦的观念: 既然同时是相对的,那么长度的测量也是相对的. 长度测量与参照系的运动有什么关系呢 ? 标尺相对 系静止 在 S 系中测量 测量为两个事件 要求 在 系中测量 固有长度 洛伦兹收缩:长度收缩仅在运动方向上发生. 长度收缩是空间的属性,是一种相对效应, 此结果反之亦然 . 注意 (最长) 固有长度 :在相对物体静止的参考系中所测得长度。 例1 设想有一光子火箭, 相对于地球以速率 飞行,若以火箭为参考系测得火箭长度为 15 m ,问以地球为参考系,此火箭有多长 ? 火箭参照系 地面参照系 解 :固有长度 在 S 系 例2 一长为 1 m 的棒静止地放在 平面内,在 系的观察者测得此棒与 轴成 角,试问从 S 系的观察者来看,此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少?设想 系相对 S 系的运动速度 . 解:在 系 运 动 的 钟 走 得 慢 三 . 时间的延缓 动钟变慢效应 系同一地点 B 发生两事件 在 S 系中观测两事件 发射一光信号 接受一光信号 时间间隔 B 时间延缓 :运动的钟走的慢 . 固有时间 (最短) 两事件发生 系同一地点 固有时间 :同一地点发生的两事件的时间间隔 . 3)光速 C 是建立不同惯性系间时空变换的纽带. 1)时间延缓是一种相对效应 .(测量结果与物质内部结构及变化无关) 2)时间的流逝不是绝对的,运动将改变时间的进程.(例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等的测量结果. ) 注意 狭义相对论的时空观 1) 两个事件在不同的惯性系看来,它们的空间关系是相对的,时间关系也是相对的,只有将空间和时间联系在一起才有绝对的意义. 2)时—空不互相独立,而是不可分割的整体. 例3 设想有一光子火箭以 速率相对地球作直线运动 ,若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去 10 min , 则地球上的观察者测得此事用去多少时间 ? 运动的钟似乎走慢了. 解: 设火箭为 系、地球为 S 系 例4 从地球上测得地球到最近的恒星距离是 ,设一架宇宙飞船以速度0.999C从地球飞向该恒星。求:(1)飞船中的观测者测得地球和该恒星之间距离是多少?(2)按地球上的时钟计算,飞船往返一次需要多少时间?(3)若以飞船上的钟计算,往返一次的时间又是多少? 解: (1) 将恒星看作相对地球静止。 则,从地球上测量地球到恒星的距离为固有长度。 则从飞船上测量的距离缩短为 解: 从飞船上看,飞船出发和回到地球这两件事 在同一地点不同时间发生, 则为固有时间 (3) 在地球上看飞船往返所需时间为 (2) 例4 从地球上测得地球到最近的恒星距离是 ,设一架宇宙飞船以速度0.999C从地球飞向该恒星。求:(1)飞船中的观测者测得地球和该恒星之间距离是多少?(2)按地球上的时钟计算,飞船往返一次需要多少时间?(3)若以飞船上的钟计算,往返一次的时间又是多少? 例5 ?- 介子是一种不稳定的粒子,从它产生到它衰变为 ? - 介子经历的时间即为它的寿命,已测得静止 ?- 介子的平均寿命 ?0 = 2 ? 10-8s. 某加速器产生的 ?- 介子以速率 u = 0.98 c 相对实验室运动。 求 ?- 介子衰变前在实验室中通过的平均距离。 解: 对实验室中的观察者来说,运动的 ?- 介子的寿命 ? 为 因此, ?- 介子衰变前在实验

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