大学物理第十六章狭义相对论.ppt

* 相 对 论 动 力 学 三个表达式 二个关系式 空间间隔的量度是绝对的 时间间隔的量度是绝对的 *牛顿的绝对时空观 *牛顿的绝对时空观的数学表示 ——伽利略坐标变换 *伽利略速度变换 麦氏方程组 C——绝对量 矛盾！ *狭义相对论的两条基本原理 2.光速不变原理 1. 相对性原理 洛仑兹坐标变换 时空均匀性： 洛仑兹速度变换 * 相 对 论 动 力 学 三个表达式 二个关系式 同一事件时空坐标变换： 不同事件发生的时间间隔、空间间隔坐标变换： 洛仑兹速度变换 例：地面上测得一列车沿直线从甲处到达相距100m的 乙处所花时间为10－5s,如果从一个与列车运动方向相同 的假想速率为u=0.6c的宇宙飞船中观测，列车由甲处到 达乙处所走过的路程、时间间隔和速率各为多少？ 例：远方的一颗星以0.8c的速度离开我们，接受到该星的 闪光按5昼夜的周期变化，求：固定在此星上的参照系测 得闪光周期。 *狭义相对论的两条基本原理 2.光速不变原理 1. 相对性原理 洛仑兹坐标变换 时空均匀性： 洛仑兹速度变换 . 3 6 12 9 弟 弟 . . 3 6 9 12 哥 哥 注意！运动的钟走得慢 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 3 6 12 9 开始时先校正好时针 . . . . 哥 哥 弟 弟 火箭变短！ 目录 结束 . . . . 哥 哥 弟 弟 火箭变短！ 目录 结束 . . . . 哥 哥 弟 弟 火箭变短！ 目录 结束 . . . . 哥 哥 弟 弟 火箭变短！ 目录 结束 . . . . 哥 哥 弟 弟 火箭变短！ 目录 结束 例1：一宇宙飞船的固有长度为 ，相对地面以u=0.99c的速度在一观察站的上空飞过，求： （1）观察站测得飞船船身通过观察站的时间间隔； （2）宇航员测得船身通过观察站的时间间隔。 解：（1）观察站测得飞船船身的长度为 船身通过观察站的时间间隔为 （2）宇航员测得飞船船身的长度 船身通过观察站的时间间隔为 例： 二、“同时”的相对性 设有二事件： 甲（1）、乙（2） *在一个参照系看不同地点同时发生的两事件，在另一参照系看不同时发生。 *在一个参照系看同时同地发生的两事件，在另一参照系看一定也是同时、同地发生。 *同时性的相对性否定了各个惯性系具有统一时间的可能性， 否定了牛顿的绝对时空观。 例1：K系中测得两事件相距600km，同时发生。在相对K运动的 系中测得这两事件相距1200km。 问： 系中看，两事件是否同时发生？间隔多少？ 解： *狭义相对论的两条基本原理 2.光速不变原理 1. 相对性原理 洛仑兹坐标变换 时空均匀性： 洛仑兹速度变换 *狭义相对论的时空观 一.运动物体的长度缩短——固有长度最长 前提： 动系中同时测量 二.“同时”的相对性 三、运动的钟“变慢”——时间延长 S系中：相对 S 静止的某一点前后发生两事件， 空间间隔 ——固有时间 时间间隔 ——时间延长（膨胀） 系中： 小结 1）原时是在静止参照系中同一地点发生的两个事件之间的时间间隔——原时最短 2）与发生事件有相对运动的观察者测出的时间总是比相对事件静止的观察者测出的时间要长 非本征观察时间总是大于本征观察时间 中国神话传说“天上一日，人间一年” 解： 子相对地面高速运动， 地面观察： 静止寿命——在相对 子静止的参照系中测得的固有时间 寿命延长 例：静止的 μ子，平均寿命为 今在 1km 高空的宇宙射线中产生了一个速度为 0.9c 的 子。 问：此 子能否到达地面？ ——可以到达地面 l0 u v 已知：车长l0, u车地，v球车 求：小球沿车前进方向从后壁射向前壁，地面上的观察者 测得小球通过的距离及所需的时间。 注意： “长度收缩”和“时间延长”公式只在一定条件下适应， 而反映时空变换的一般关系式是洛仑兹变换式。 前提： 前提： 动系中同时测量 正确解： l0 u v 已知：车长l0, u车地，v球车 四、时序与因果律 事件A 事件B 都可能 时序颠倒 事件1： 前 t 1 x 1 ( ) ， 事件2： 开枪 鸟死 子弹 v 后 ， t 2 x ( ) 2 由因果律联系的两事件的时序是否会颠倒？ 所以由因果率联系的两事件的时序不会颠倒。 = t 2 t 1 β 1 2 u c 2 ) ( ) 1 ( v 在 k 中：仍然是开枪在前，鸟死在后。 ′ x x t 1 t 2 t 2 t 1 = t 2 t 1 β 1 2 u c 2 1 2 ( ) ( ) ( ) 1 ′ ′ x x