[理学]6-1相对论.ppt

问题的关键是，时间延缓效应是狭义相对论的结果，它要求飞船和地球同为惯性系。要想保持飞船和地球同为惯性系，Jim和Tim就只能永别，不可能面对面地比较谁年轻。这就是通常所说的孪生子佯谬（twin paradox）。 如果飞船返回地球则在往返过程中有加速度，飞船就不是惯性系了。这一问题的严格求解要用到广义相对论，计算结果是，兄弟相见时Tim比Jim年轻。这种现象，被称为孪生子效应。 1971年，美国空军用两组Cs（铯）原子钟做实验。发现绕地球一周的运动钟变慢了203±10ns，而按广义相对论预言运动钟变慢184 ± 23 ns，在误差范围内理论值和实验值一致，验证了孪生子效应。 例题 一飞船以 u= 9×103m/s的速率相对与地面匀速飞行。飞船上的钟走了5s，地面上的钟经过了多少时间？ 飞船的时间膨胀效应实际上很难测出! 利用飞机进行运动时钟变慢效应的实验 三、长度收缩 原长: 相对于棒静止的惯性系测得棒的长度 长度的测量 O S O S O S 沿尺长度方向相对尺运动的观测者测得的尺长 l ，较相对尺静止观测者测得的同一尺的原长 l 0 要短。 (1) 长度缩短效应 (4) 长度收缩效应是相对的。 在不同惯性系中测量同一尺长，以原长为最长。 (3) 长度收缩效应是同时性相对性的直接结果。 讨 论 (2) 当　　　时，　　　　　 在S中的观察者 在 S? 中的观察者 例题 火箭上有一天线长l0=1m,以?=450角伸出体外，火箭沿水平方向以 的速度飞行，求地面观测者测得其长度和倾角为多少？ 解：以火箭为S系，地面为S系 在狭义相对论中讨论运动学问题的思路如下： 1、确定两个作相对运动的惯性参照系； 2、确定所讨论的两个事件； 3、表示两个事件在两个参照系中的时空坐标或其时空间隔 4、用相应效应结果讨论。 小 结 注 意 固有时一定是在某坐标系中同一地点发生的两个事件的时间间隔；固有长度一定是物体相对某参照系静止时两端的空间间隔。 例题：带正电的? 介子是一种不稳定的粒子，它可以衰变为一个? 介子和一个中微子。当它静止时，平均寿命为2.5 ×10-8 s。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，问相对论时间膨胀结论与这些测量结果是否符合？ 解：在实验室系中： 在实验室测得它通过的平均距离为： （Special Relativity） 在上世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，这就是: 狭义相对论（1905）、广义相对论（1916）和 量子力学（1925） 导 言 1、相对论：关于空间、时间和物质运动之间相互联系的现代物理理论。 2、历史背景 狭义相对论（惯性系） 广义相对论（非惯性系） 开尔文在迎接20世纪的新年献词： “19世纪已将物理学大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰完善这所大厦” “在物理学晴朗的天空远处，还有两朵小小的令人不安的乌云” 迈克尔逊 -莫雷实验 黑体辐射 实验 近代物理学的两大基础 相对论诞生 量子理论诞生 经典物理的理论遇到了困难和挑战！ 教学基本要求 第六章 相对论 一 了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理，以及在此基础上建立起来的洛伦兹变换式. 二 了解狭义相对论中同时的相对性，以及长度收缩和时间延缓的概念，了解牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异. 三 理解狭义相对论中质量、动量与速度的关系，以及质量与能量间的关系. 主要内容： 牛顿的时空观 爱因斯坦的时空观 爱因斯坦的狭义相对论 牛顿的相对性原理 伽利略变换 相对性原理、光速不变原理 革命性的 洛伦兹变换 运动学效应 时间膨胀 长度收缩 本章：将对运动与时空有一崭新的认识 对相对性已有的认识： ? 运动描述与参考系有关, 运动规律与参考系无关。 ? 对牛顿力学的认识, 牛顿定律：适用于惯性系 以上两点说明：牛顿定律有局限性 局限来源于对时空的认识 相对性问题的核心是： 物理规律是客观存在的 与参考系无关 即参考系平权 没有特殊的参考系 归根结底是： 认识论方法论的问题 教育人们要脱离自我 客观地看问题