狭义相对论的时空观

1、第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版1一一 同时的相对性同时的相对性 事件事件 1 :车厢车厢后后壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.事件事件 2 :车厢车厢前前壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版2v x y o121236912369S 系系 ( 地面参考系地面参考系 )事件事件 2 ),(2222tzyx),(1111tzyx事件事件 1设设 S系中系中x1 1、x2 2两处发生两事件两处发生两

2、事件,时间时间间隔为间隔为 .问问 S系中这两事件系中这两事件发生的时间间隔是多少？发生的时间间隔是多少？12ttt1ttt2第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版3 x y o12xyov123691236912369),(1111tzyx 系系 (车厢参考系车厢参考系 ),(2222tzyxS221xcttv 在一个惯性系同在一个惯性系同时发生的两个事件，时发生的两个事件，在另一个惯性系是在另一个惯性系是否同时否同时?第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五

3、版第五版4讨论讨论221xcttv-不同时不同时-不同时不同时2同地不同时同地不同时0 0tx 1同时不同地同时不同地00tx 第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版5xcut2时时 -同时同时 -同时同时-不同时不同时讨论讨论221xcttv3同时同地同时同地0 0tx 4不同时不同地不同时不同地00tx 第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版6结论结论 同时性具有相对意义同时性具有相对意义 沿两个惯性系运动方向，沿两个惯性系运动方向，不同地点不同地

4、点发生的两个事件，在其中一个惯性系中发生的两个事件，在其中一个惯性系中是是同时同时的，在另一惯性系中观察则的，在另一惯性系中观察则不同不同时时，所以同时具有，所以同时具有相对相对意义；只有在意义；只有在同同一地点一地点，同一同一时刻发生的两个事件，在时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是其他惯性系中观察也是同时同时的的.第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版7长度长度的测量和的测量和同时性同时性概念密切相关概念密切相关二二 长度的收缩长度的收缩( (动尺变短动尺变短) )xyozs1 x2 x0l y xv o z s

5、1x2x棒沿棒沿 轴对轴对 系静止放置系静止放置,在在系中同时测得两系中同时测得两端坐标端坐标21, xxxO SS第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版8120 xxl则棒的则棒的固有长度固有长度为为固有固有长度：物体相对静止时所测得的长长度：物体相对静止时所测得的长度度 .（最长最长）问问 在在S系系中测得棒有中测得棒有多长多长?xyozs1 x2 x0l y xv o z s1x2x第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版922121201)()(

6、ctxtxxxlvvv设设 在在S系中某时刻系中某时刻 t 同时测得同时测得棒两端坐棒两端坐标为标为x1、x2，则，则S系中测得棒长系中测得棒长 l= x2 - x1， l与与l0的关系为：的关系为：22221211clcxxvv第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版10结论结论 长度具有长度具有相对相对意义意义讨论讨论2201cllv1 长度收缩长度收缩 ll0V2 如将物体固定于如将物体固定于 系系, ,由由 系测量系测量, ,同同样出现长度收缩现象样出现长度收缩现象.SS物体对观察者向何处运动物体对观察者向何处运动,

7、 ,观察者观观察者观测到在该方向上其长度收缩测到在该方向上其长度收缩.第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版11 例例1 设想有一光子火箭，设想有一光子火箭， 相对相对于地球以速率于地球以速率 直线飞行，若直线飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为以火箭为参考系测得火箭长度为 15 m ，问以地球为参考系，此火箭有多长问以地球为参考系，此火箭有多长 ？c95. 0vss火箭参照系火箭参照系地面参照系地面参照系m150lvx xy yo o第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物

8、理学物理学第五版第五版12第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版13 例例2 长为长为 1 m 的棒静止地放在的棒静止地放在 平面内，在平面内，在 系的观察者测得此棒与系的观察者测得此棒与 轴成轴成 角，试问从角，试问从 S 系的观察者来看，系的观察者来看，此棒的长度以及棒与此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少？轴的夹角是多少？设设 系相对系相对 S 系的运动速度系的运动速度 . 23cv45yxOxOSSvx xy yo o xl ylm1l解解 在在 系系,45S第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭

9、义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版14m2/2yxll23cvm79. 022yxlll43.63arctanxyllm2/2yyll在在 S 系系42122l/cllxxvvx xy yo o xl yl第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版15三三 时间的延缓时间的延缓( (动钟变慢动钟变慢) )第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版16 yx xyvoossdB12369), (1tx发射光信号发射光信号), (2tx接受

10、光信号接受光信号cdttt212时间间隔时间间隔s系系同一同一地点地点 B 发生两事件发生两事件第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版17xyosd12369123691x2x12369在在 S 系中观测两事件系中观测两事件),(),(2211txtx)(211cxttv)(222cxttv)(2cxttv12tttt0 x21tt第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版18xyosd12369123691x2x12369 yx xyvoossdB123

11、6921tt固有固有时间时间 ：同一同一地点地点发生的发生的两两事件的时间事件的时间间隔间隔 .时间延缓时间延缓 ：运动：运动的钟走得慢的钟走得慢 .0ttt第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版19 3 时，时， .cvtt 1 时间延缓是一种相对效应时间延缓是一种相对效应 . 2 时间的流逝不是绝对的，运动时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程将改变时间的进程.（例如新陈代谢、放（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等射性的衰变、寿命等 ）注意注意第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义

12、相对论的时空观物理学物理学第五版第五版20狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 ( (1) ) 两个事件在不同的惯性系看来，两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义起才有意义. ( (2) )时时空不互相独立，而是不可分空不互相独立，而是不可分割的整体割的整体. ( (3) )光速光速 C 是建立不同惯性系间时空是建立不同惯性系间时空变换的纽带变换的纽带.第十四章第十四章 相对论相对论14-4 14-4 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观物理学物理学第五版第五版21 例例3 设想一光子火箭以设想一光子火箭以 速率相