大学物理10相对论.pptx

相对论相对论相对论运动学相对论运动学第三章第三章第三章第三章 相对论相对论相对论相对论3.2 相对论运动学相对论运动学相对论相对论相对论运动学相对论运动学返回返回3.2 相对论运动学相对论运动学 3.2.1 长度收缩长度收缩 3.2.2 时间膨胀时间膨胀 3.2.3 同时性的相对性同时性的相对性 小结小结相对论相对论相对论运动学相对论运动学3.2.1 长度收缩长度收缩静止在静止在S系系S系系:S系系:根据洛仑兹变换：根据洛仑兹变换：长度收缩公式长度收缩公式3.2 相对论运动学相对论运动学相对论相对论相对论运动学相对论运动学在相对于在相对于尺子尺子静止的惯性系中测得的长度静止的惯性系中测得的长度 固有长度固有长度（原长）（原长）在相对于在相对于尺子尺子运动的惯性系中测得的长度运动的惯性系中测得的长度 运动长度运动长度（非原长）（非原长）在在 什什 么么 样样 (最长最长)在各个不同的惯性系中测量同一把尺子的长度在各个不同的惯性系中测量同一把尺子的长度,在相对于尺子静止在相对于尺子静止的惯性系中测得的尺子的惯性系中测得的尺子最长最长静止在静止在S系系 原长最长原长最长相对论相对论相对论运动学相对论运动学几点说明：几点说明：(1)物体沿运动方向长度收缩物体沿运动方向长度收缩,物体沿垂直运动方向长度不变物体沿垂直运动方向长度不变静止在静止在S系系(4)当当 时时,（2）长度收缩是互逆的，）长度收缩是互逆的，别人的尺子都比自己的短别人的尺子都比自己的短(3)长度收缩是运动效应，与受力收缩不同。长度收缩是运动效应，与受力收缩不同。而是空间特性的一种反映，是空间在收缩。而是空间特性的一种反映，是空间在收缩。与经典的结论同与经典的结论同时时（5）相对论相对论相对论运动学相对论运动学思考思考静止在静止在S系的几何图形，在系的几何图形，在S系中讨论其形状系中讨论其形状相对论相对论相对论运动学相对论运动学矩形钢板米尺，长矩形钢板米尺，长100cm，宽，宽2cm，问尺子怎样运动，测量起来变成正方形。问尺子怎样运动，测量起来变成正方形。例例1：固有长度固有长度运动长度运动长度宽度不变宽度不变尺子沿长度方向以尺子沿长度方向以 0.9998c 的速度运动。的速度运动。解：解：静止在静止在S系系 相对论相对论相对论运动学相对论运动学3.2.2 时间膨胀时间膨胀S系系:S系系:A：B：S系系A：B：S系系即：相对于观察者运动的钟变慢了即：相对于观察者运动的钟变慢了！时间膨胀公式时间膨胀公式相对论相对论相对论运动学相对论运动学在某一惯性系中在某一惯性系中同一地点同一地点先后发生的两事件的时间先后发生的两事件的时间间隔间隔固有时间固有时间（原时）（原时）在某一惯性系中在某一惯性系中不同地点不同地点先后发生的两事件的时间先后发生的两事件的时间间隔间隔相对论时间相对论时间（非原时）（非原时）在在 什什 么么 样样 (最短最短)在各个不同的惯性系中测量二事件发生的时间间隔在各个不同的惯性系中测量二事件发生的时间间隔 在同一地点发生的事件在同一地点发生的事件的惯性系中测得的时间的惯性系中测得的时间最短最短原时最短原时最短相对论相对论相对论运动学相对论运动学（1）时钟变慢是互逆的）时钟变慢是互逆的-别人的钟都比自己的钟走得慢；别人的钟都比自己的钟走得慢；几点说明：几点说明：（2）运动的钟变慢）运动的钟变慢-是运动效应，不是不准；是运动效应，不是不准；所有运动中的一切过程（与时间有关的节律）都变慢：所有运动中的一切过程（与时间有关的节律）都变慢：包括：人心跳变慢、人衰老的速度变慢、包括：人心跳变慢、人衰老的速度变慢、寿命变长、植物生长的速度变慢、寿命变长、植物生长的速度变慢、人说话声音的频率降低、话音变长人说话声音的频率降低、话音变长（3）当当 时时,与经典的结论同与经典的结论同时时（4）a.慢慢慢慢.相对论相对论相对论运动学相对论运动学例例2：科学实验科学实验-介子问题介子问题介子静止时的寿命介子静止时的寿命介子出生地距离地面的高度介子出生地距离地面的高度介子的运动速度介子的运动速度问：在地面上能否接收到问：在地面上能否接收到介子？介子？由经典物理学由经典物理学-在在介子存介子存活的时间内走行的距离活的时间内走行的距离解：解：在地面上接收不到在地面上接收不到介子介子相对论相对论相对论运动学相对论运动学 由相对论物理学由相对论物理学在地面上的在地面上的 S 参照系中，参照系中，介子寿命介子寿命在在介子存活的时间内走行的距离介子存活的时间内走行的距离实验结果：地面上能接收到实验结果：地面上能接收到介子介子地球地球运动的运动的介子介子原时：原时：非原时：非原时：两事件：两事件：介子消亡介子消亡介子产生介子产生相对论相对论相对论运动学相对论运动学在地面上看来在地面上看来例例3：某飞船相对地球运动速度某飞船相对地球运动速度飞船发现慧星飞船发现慧星 4 秒钟后与慧星相撞。秒钟后与慧星相撞。问：在地球上看来，飞船发现慧星至相撞用了多少时间？问：在地球上看来，飞船发现慧星至相撞用了多少时间？解：两事件：解：两事件：相撞相撞飞船参照系：飞船参照系：地球参照系：地球参照系：发现慧星发现慧星固有时间固有时间相对论相对论相对论运动学相对论运动学3.2.3 同时性的相对性同时性的相对性 在某一参照系内，同时发生的两件事，在另在某一参照系内，同时发生的两件事，在另 一个参照系看来是否是同时发生的？一个参照系看来是否是同时发生的？1、经典力学时空观、经典力学时空观 在一个参照系内，同时发生的两件事，在其它任何一个在一个参照系内，同时发生的两件事，在其它任何一个参照系内观测，总是同时发生的。参照系内观测，总是同时发生的。同时性是绝对的！同时性是绝对的！考查：考查：相对论相对论相对论运动学相对论运动学S在在 S系系 测：测：光信号到达光信号到达A、B 的事件的事件同时同时发生发生。SAB 在在 系测系测：光信号传播过程中，车又往前开：光信号传播过程中，车又往前开了了 先到先到A，后到，后到B。同时性具有相对性！同时性具有相对性！共同结论：共同结论：看运动参照系，沿相对运动方向后方事件先发生！看运动参照系，沿相对运动方向后方事件先发生！2、相对论时空观、相对论时空观 一、一、“同时同时”的相对性的相对性KBA相对论相对论相对论运动学相对论运动学AB两事件：两事件：相对论相对论相对论运动学相对论运动学异时异时同地同地异时异时异地异地在一个惯性系中同一地点在一个惯性系中同一地点不同时刻发生的两个事件，不同时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，在另一个惯性系中观察，发生在不同地点和不同时发生在不同地点和不同时刻刻S 系系S系系意意 义义同时同时异地异地异时异时异地异地在一个惯性系中不同地点在一个惯性系中不同地点同一时刻发生的两个事件，同一时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，在另一个惯性系中观察，发生在不同地点和不同时发生在不同地点和不同时刻刻(1)(2)相对论相对论相对论运动学相对论运动学(3)异时异时异地异地异时异时异地异地在一个惯性系中不同在一个惯性系中不同地点不同时刻发生的地点不同时刻发生的两个事件，在另一个两个事件，在另一个惯性系中观察，惯性系中观察，若若则则则则若若发生在不同地点发生在不同地点和不同时刻和不同时刻一般情况下一般情况下:特殊情况下特殊情况下:同时异地同时异地或或 同地异时同地异时S 系系S系系意意 义义相对论相对论相对论运动学相对论运动学S 系系S系系意意 义义同时同时同地同地同时同时同地同地在一个惯性系中同一地点同在一个惯性系中同一地点同一时刻发生的两个事件，一时刻发生的两个事件，在在另一个惯性系中观察，发生另一个惯性系中观察，发生在同一地点和同一时刻在同一地点和同一时刻(4)(1)同地异时同地异时异地异时异地异时(2)异地同地异地同地异地异时异地异时(3)异地异时异地异时一般异地异时一般异地异时S 系系S系系(4)同地同时同地同时同地同时同地同时总之：总之：相对论相对论相对论运动学相对论运动学对于具有对于具有因果关系因果关系的两个事件的两个事件,它们发生的时间顺序它们发生的时间顺序,在任何惯在任何惯性系中观察，有什么关系？性系中观察，有什么关系？S系系1 事件事件:2 事件事件:S系系都是不能颠倒的！都是不能颠倒的！前前事件事件1后后事件事件2开枪开枪开枪开枪鸟死鸟死鸟死鸟死子弹子弹在在S 中：中：先开枪，后鸟死先开枪，后鸟死是否能发生先鸟死，后开枪？是否能发生先鸟死，后开枪？在在S 中：中：不会不会相对论相对论相对论运动学相对论运动学例例4：北京至上海的直线距离为北京至上海的直线距离为1000公里，在公里，在同一时刻同一时刻从两地从两地同时开出两列火车，现有一航天飞机沿北京至上海以同时开出两列火车，现有一航天飞机沿北京至上海以 u=9 km/s 飞行，求：飞行，求：宇航员观察两列火车是否同宇航员观察两列火车是否同时开出？结果如何？时开出？结果如何？北京北京上海上海解：解：在在 系中：系中：则在则在 系：系：上海先发车！上海先发车！相对论相对论相对论运动学相对论运动学（3）时间间隔与物体的运动有关；）时间间隔与物体的运动有关；相对论时空观总结：相对论时空观总结：（1）时间和空间彼此相关，而且与运动有关；）时间和空间彼此相关，而且与运动有关；（2）“同时性同时性”没有绝对意义，只有相对意义；没有绝对意义，只有相对意义；静止的钟最快，运动的钟变慢静止的钟最快，运动的钟变慢（4）空间间隔与物体的运动有关；）空间间隔与物体的运动有关；静止的尺最长，运动的尺缩短静止的尺最长，运动的尺缩短（5）当）当 时，相对论效应可以忽略时，相对论效应可以忽略相对论相对论相对论运动学相对论运动学1、洛仑兹坐标变换、洛仑兹坐标变换注意注意 S S 与与 S S两坐标系之间初始条件的约定两坐标系之间初始条件的约定!小结：小结：相对论相对论相对论运动学相对论运动学2、相对论效应、相对论效应:固有长度，静止的尺最长固有长度，静止的尺最长（1）长度收缩（空间收缩）长度收缩（空间收缩）（3）同时性具有相对性）同时性具有相对性固有时间，静止的钟最快固有时间，静止的钟最快（2）时间膨胀（时钟变慢）时间膨胀（时钟变慢）或或