[工学]大学物理课件 狭义相对论基础2.ppt

第四章 狭义相对论基础(2) 狭义相对论的时空观： 时空对称性；同时相对性，长度收缩，时间膨胀。 §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中观察是同时发生的，而在另一个惯性系S 观察时可能不是同时的。 这就是狭义相对论的同时相对性。 同时的相对性 同时的相对性 Never！ 这种情况下，同时性是绝对的。 问： 两个在同一地点并同时发生的事件， 相对另一个参考系可能会不同时吗? 长度测量的基本要求? 相同时刻测量！ 2. 长度缩短 长度缩短 洛仑兹变换： 在 系，棒长为两坐标的差(棒静止在其中): 在 S 系中的观测者同时刻测量两端: 长度缩短 结论： 从相对某物体运动的参考系中所测得的沿速度方向的物体长度，总比相对该物体静止的参考系中测得的长度(称为固有长度,或称静长)为短。 相对论“尺缩效应”是物体变真的缩短 ? 长度缩短 若S 以速度u 相对于S 运动，时间变换关系为： 设在S‘系中某一固定坐标处，一个事件发生的开始与终结时间间隔为： 而在S系对应的间隔为： 3.时间膨胀 时间的膨胀 说明： （1）同一地点测得的时间间隔称为固有时间, 简称原时。固有时间最短，运动使时钟变慢。 (相对静止的参照系中测得 原时 ) （2） 运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的、 真实的实验证明。 时间的膨胀 解释：爱因斯坦的“光钟”实验 狭义相对论的时空观 小结 同时的相对性 长度收缩 时间膨胀 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. 时空之间有着密切联系，时空与物质的运动 也不可分割。 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。 两种时空观对照 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，在其它的 惯性系中可能是不同时发生的。 [ A ] 例4-2：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 Δt（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： 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：S系地球上已知运动员的时空改变为? x=100m， ? t=10s；S系(飞船)相对于地球的速度为：u=0.8c. 由洛仑兹变换可知， §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. 在洛仑兹变换下保持不变; 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。 在相对论中，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，可以有如下的动量形式： 0 1 相对论力学的基本方程 讨论： b.当 时， ， 所以，随着力增加, 速度不会永远增加； c. 当 时， 必须 ， 所以，以光速运动的物体没有静止质量, 即 “光子的静止质量为零” 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: 设质点在变力作用下, 由静止开始沿着x 轴 作一维运动。根据动能定律： 相对论动能 相对论动能 相对论动能 上式表明：质点以速率 v 运动时所具有的总能量 mc2 与质点静止时所具有的能量 m0c2 之差，等于质点相对论性的动能。 (2) 相对论总能量： ∴ 在 的条件下，相对论 回到了牛顿力学动能形式： 相对论动能