罗益民大学物理之3狭义相对论.ppt

二、爱因斯坦的狭义相对论基本原理 由因果律联系的两事件的时序是否会颠倒？ 时序与因果律 时序: 两个事件发生的时间顺序。 在S中：是否能发生先鸟死，后开枪？ 在S中：先开枪，后鸟死 子弹 前 事件1： 开枪 在S中： 后 事件2： 鸟死 子弹速度 信号传递速度 所以由因果率联系的两事件的时序不会颠倒。 在S系中： 在S系中：仍然是开枪在前，鸟死在后。 例：在惯性系S中，观察到两个事件同时发生在x轴上，其间距是1m，而在S系中观察这两事件之间的距离是2m。试求：S系中这两事件的时间间隔。 解：S系中?t=0， ?x=1m 。 2、时间膨胀效应 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)，与另一系中，在两个地点的这两个事件的时间间隔(两只钟分别测量)的关系。 研究的问题是： 固有时间 运动时间 一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟测量到的时间（原时）。用 表示。 一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测量到的时间（两地时）。 运 动 的 钟 走 得 慢 发出光信号： 接受光信号： 原时最短，动钟变慢 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 花开事件： 花谢事件： （寿命） 在S系中观察者测量花的寿命是多少？ 考察 中的一只钟 原时 (观测时间) 原时最短，动钟变慢 运动时间 时间膨胀了， 即S系观测时，过程变慢了。 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 在S系中观察者总觉得相对于自己运动的 系 的钟较自己的钟走得慢。 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 结论：对本惯性系做相对运动的钟 （或事物经历的过程）变慢。 在 系中观察者总觉得相对于自己 运动的S系的钟较自己的钟走得慢。 例、一飞船以3×103m/s的速率相对与地面匀速飞行。飞船上的钟走了10s,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 4、长度收缩效应 原长 棒相对观察者静止时测得的它的长度（也称静长或固有长度）。 棒静止在 S 系中 S’系测得棒的长度值是什么呢？ 长度测量的定义： 对物体两端坐标的同时测量 两端坐标之差就是物体长度 动长（测量长度） 事件1：测棒的左端 事件2：测棒的右端 由洛仑兹变换 物体的长度沿运动方向收缩 1、相对效应 讨论 在S中的观察者 在S中的观察者 2 纵向效应 3 在低速下 ? 伽利略变换 在两参考系内测量的纵向的长度是一样的。 例、原长为10m的飞船以u＝3×103m/s的速率相对于地面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？ 解： 差别很难测出。 例：一根直杆在S系中，其静止长度为l，与x轴的夹角为?。试求：在S系中的长度和它与x’轴的夹角。两惯性系相对运动速度为u。 解： 狭义相对论时空观 1、相对于观测者运动的惯性系沿运动方向的长度对观测者来说收缩了。（原长最长） 2、相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对测者来说变慢了。（原时最短） 3、长度收缩和时间膨胀效应是时间和空间的基本属性之一，与具体的物质属性或物理过程的机理无关。 4、没有“绝对”的时间、“绝对”的空间。长度收缩和时间的膨胀是相对的。 ?狭义相对论时空观认为： 时间、空间、运动三者是不可分割地联系着；时间、空间的度量是相对的。不同的惯性系没有共同的同时性，没有相同的时间、空间度量。狭义相对论时空观反映在洛仑兹变换之中。 一火车以恒定速度通过隧道，火车和隧道的静长是相等的。从地面上看，当火车的前端b到达隧道的B端的同时，有一道闪电正击中隧道的A端。试问此闪电能否在火车的a端留下痕迹？ 在地面参照系S中看，火车长度要缩短。 火 车 a b u 隧 道 A B 在火车参照系S′中，隧道长度缩短。但隧道的B端与火车b端相遇这一事件与隧道A端发生闪电的事件不是同时的，而是B端先与b端相遇，而后A处发生闪电，当A端发生闪电时，火车的a端已进入隧道内，所以闪电仍不能击中a端。 隧道B端与火车b端相遇这一事件与A端发生闪电事件的时间差?t′ 为 隧道B端与火车b端相遇时，火车露在隧道外面的长度为 高速运动时动力学概念如何？ 相对论力学的基本方程必须满足两个条件： 1、力学定律在洛仑兹变换下形式不变； 2、低速时转化成相应的经典力学形式。 3-3 狭义相对论动力学初步 2.质量的表达 力持续作用 动量持续增大 但 u 的上限是 c 要求：m随速率增大而增大 m 一、质量与速度的关系 牛顿第二定律的两种形式——困惑和希望 第一种形式 第二种形式 1 在相对论中，质量与时间、长度一样，与惯性系 的选择有关 静止质量:物体相对于参考系静止时的质量 相对论