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高速世界 一 相对论概述 相对论主要是关于物质运动与时间空间关系的理论 其中局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论 推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论 提出原因 迈克尔孙 莫雷实验结论与经典时空观及衍生出的以太学说相违背 a einstein通过对电磁理论研究 意识到实验的困境是由于时空观造成的 于是 他彻底抛弃 以太 的概念 提出相对论的两条基本假设 基于这两条基本原理 爱因斯坦建立了狭义相对论 把物理学推进到高速领域 二 经典时空观与相对论时空观 经典时空观 时间和空间彼此独立 互不关联 且不受物质或运动的影响 经典时空观的几个基本结论 同时的绝对性 时间间隔的绝对性 空间距离的绝对性 二 经典时空观与相对论时空观 相对论时空观 1 狭义相对论的理论前提 相对性原理 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是相同的 光速不变原理 不管在哪个惯性系中 测得的真空中的光速都相同 2 狭义相对论的基本结论 时间延缓效应 运动的时钟变慢 二 经典时空观与相对论时空观 长度收缩效应 运动的尺子缩短 质速关系 物理质量随着速度的增大而增大 质能关系 质量和能量是物质不可分离的属性 注意 只有高速运动时 以上效应才明显 1 时间延缓效应 1 时间延缓效应 分析 在此过程中 车上的钟走过的时间为 称固有时 静止在地面上的观察者看来 由于列车在高速行驶测得该过程经历的时间为 设车厢高度为h 列车行驶速度为v 则 例题 a b c是三个完全相同的时钟 a放在地面上 b c分别放在两个火箭上 以速度vb和vc朝同一方向飞行 vb vc 地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢 哪个走得最快 疑问解释 运动的时钟变慢 答案 c时钟走最慢 a走最快 2 长度收缩效应 设一个一维物体 相对于它静止的观测者测其长度为 静止长度或固有长度 该物体相对另一惯性系沿自身长度方向以匀速 运动 则在此惯性系中的观察者测该物体的长度为 3 质速关系 当物体在所处的惯性系静止时 它具有最小的质量m0 这个质量叫静止质量 若物体以速度 相对某惯性系运动时 在这个惯性系观测它的质量为 表明 3 质速关系 高速运动的物体其质量测得值会非常大 并随着速度趋于光速c而无限增大 但事实告诉我们 一个真实的物体质量是确定值 有限大 结论 一个真实的 静止质量不为零的物体 相对任何惯性的运动速度都不可能达到或超过光速c 4 质能关系 按照相对论及基本力学定律可推导出质量和能量具有如下关系 著名的质能关系式 说明 1 质量和能量是物质不可分离的属性 2 能量变化量和质量变化量关系式为 3 任何静质量不为零的物体都贮存着巨大的能量 三 课堂小结 通过本节课的学习 大家初步了解了经典时空观和相对论时空观 知道了相对论对人类认识世界的影响 也知道了爱因斯坦等物理学家们的
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