大学物理相对论ppt课件

第三章相对论 第二讲 1 相对性原理所有物理规律在一切惯性系中都具有形式相同 所有惯性系都是平权的 在它们之中所有物理规律都一样 2 光速不变原理在一切惯性系中 光在真空中的速率恒为c 与光源的运动状态无关 一 狭义相对论的两条基本原理 前节回顾 二 洛仑兹变换 前节回顾 三 洛仑兹速度变换 逆变换 正变换 前节回顾 四 洛仑兹速度变换 一维洛仑兹速度变换式 前节回顾 一 同时的相对性 6 3狭义相对论的时空观 事件1 事件2 两事件同时发生 一 同时的相对性 6 3狭义相对论的时空观 S Einsteintrain S地面参考系 在火车上 分别放置信号接收器 发一光信号 中点 放置光信号发生器 以爱因斯坦火车为例 6 3狭义相对论的时空观 爱因斯坦火车 研究的问题两事件发生的时间间隔 发一光信号 事件1 接收到闪光 事件2 接收到闪光 发出的闪光 光速为 同时接收到光信号 6 3狭义相对论的时空观 爱因斯坦火车 事件1 事件2不同时发生 事件1先发生 处闪光 光速也为 系中的观察者又如何看呢 迎着光 比早接收到光 事件1 接收到闪光 事件2 接收到闪光 6 3狭义相对论的时空观 爱因斯坦火车 同时性的相对性 在一个惯性系的不同地点同时发生的两个事件 在另一个惯性系是不同时的 用洛仑兹变换式导出 6 3狭义相对论的时空观 例1 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 S系中 t 0 x 1m 解 6 3狭义相对论的时空观 例1 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 S系中 t 0 x 1m 解 6 3狭义相对论的时空观 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 6 3狭义相对论的时空观 事件1 测棒的左端事件2 测棒的右端 由洛仑兹变换 运动的棒变短 6 3狭义相对论的时空观 二 长度的相对性 1 相对效应 讨论 在S中的观察者 在S 中的观察者 6 3狭义相对论的时空观 二 长度的相对性 讨论 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 与运动方向垂直 的长度是一样的 6 3狭义相对论的时空观 例2 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 6 3狭义相对论的时空观 讨论 例3 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 方向 6 3狭义相对论的时空观 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 固有时间 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 用 t表示 观测时间 6 3狭义相对论的时空观 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 6 3狭义相对论的时空观 两事件发生在同一地点 观测时间 原时 原时最短 动钟变慢 6 3狭义相对论的时空观 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 6 3狭义相对论的时空观 结论 相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 双生子效应 6 3狭义相对论的时空观 即 S系测得的时间要长些 说明S 系上的钟 走慢了 6 3狭义相对论的时空观 例4 一飞船以u 9 103m s的速率相对于地面匀速飞行 飞船上的钟走了5s 地面上的钟经过了多少时间 思路 飞船上的钟走了5s 为固有时间 地面上的钟经过的时间为运动时间 6 3狭义相对论的时空观 由因果律联系的两事件的时序是否会颠倒 四 因果关系 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 6 3狭义相对论的时空观 四 因果关系 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 6 3狭义相对论的时空观 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 2 相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对观测者来说变慢了 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 6 3狭义相对论的时空观 u 在地面参照系S中测量 火车长度要缩短 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 6 3狭义相对论的时空观 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 6 3狭义相对论的时空观 相对论时钟延缓和长度收缩的近代实验验证 不稳定的基本粒子 如m p粒子 产生后经一定时间自动衰变为其他粒子 这些粒子在它们自身的惯性系中有各自确定的平均寿命 称固有寿命t 6 3狭义相对论的时空观 例6 介子固有寿命为2 6 10 8s 在高能加速器中 介子获得0 75c的速度 实验室测得 介子在衰变前通过的距离是多少 2 若考虑相对论效应 则有 3 实验室测得结果 解 1 若不考虑相对论效应 则有 6 3狭义相对论的时空观 例8 半人马星座a星是距太阳最近的恒星 它距地球 设有一宇宙飞船自地球飞到该星 飞船对地速度v 0 99c 地球上的钟测得多少年 若以飞船上的钟计算 又为多少年 解 以地球上的钟计算 6 3狭义相对论的时空观 例8 半人马星座a星是距太阳最近的恒星 它距地球 设有一宇宙飞船自地球飞到该星 飞船对地速度v 0 99c