2021-2022学年高二物理竞赛课件：狭义相对论的基本原理(共14张PPT)

1、狭义相对论的基本原理 爱因斯坦的哲学观念：自然界应当是和谐而简单的. 理论特色：出于简单而归于深奥.Albert Einstein ( 1879 1955 ) 20世纪最伟大的物理学家, 于1905年和1915年先后创立了狭义相对论和广义相对论, 他于1905年提出了光量子假设, 为此他于1921年获得诺贝尔物理学奖, 他还在量子理论方面作出很多的重要的贡献 . 狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 1）爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有的惯性系中都具有相同的表达形式 . 2）光速不变原理：真空中,光在任一惯性系中沿各个方向的速度都是C，它与光源或观察者的运动无关. 关键概念：相对性和不变

2、性 . 相对性原理是自然界的普遍规律. 所有的惯性参考系都是等价的 . 伽利略变换与狭义相对论的基本原理不符 .1) 爱因斯坦的理论是牛顿理论的发展 爱因斯坦相对论适用于包括力学定律和电磁学定律在内的一切物理规律。注 意2) 观念上的变革均与参考系无关时间测量长度测量速度与参考系有关(相对性)长度、时间的测量与参照系有关光速不变牛顿力学狭义相对论力学实验说明，伽利略变换以及导致伽利略变换的牛顿绝对时空观不再适用，必须寻找新的变换，建立新的时空观。 同时的相对性 在牛顿力学中，时间是绝对的。两事件在惯性系 S 中观察是同时发生的，那么在另一惯性系S中观察也是同时发生的。 狭义相对论则认为：这两个

3、事件在惯性系S中观察是同时的，而在惯性系S观察一般来说不再是同时的了。这就是狭义相对论的同时相对性。 同时性的相对性- 光速不变原理的直接结果事件 1 ：车厢后壁接收器接收到光信号.事件 2 ：车厢前壁接收器接收到光信号. 以爱因斯坦火车（Einstein train）为例说明同时性的相对性Einstein train地面参考系在火车上分别放置两个光信号接收器。中点M放置光信号发生器实验装置某时刻M发一光信号事件1:接收到闪光事件2:接收到闪光 研究的问题：两事件发生的时间间隔？M发出的闪光光速为A B同时接收到光信号事件1、事件2 同时发生S系中的观察者又如何看呢？处闪光光速也为A 、B 随

4、 S运动A迎着光，比B 先收到光事件1、事件2不同时发生事件1先发生 由于光速不变，在一个惯性系中同时不同地点发生的两个事件，在另一个惯性系中不再是同时发生的了。 时间的延缓 设想在一列以速度 v 匀速运动的车箱里,B有一台光讯号钟,车箱顶部放置一面反射镜M,可使光脉冲反射 ,设车箱高度为d。运 动 的 钟 走 得 慢系同一地点 B 发生两事件在 S 系中观测两事件发射一光信号接受一光信号时间间隔B在一个惯性系中,相对于观察者运动的钟比相对于观察者静止的钟走得慢。这种效应称时间延缓；或时间膨胀；或动钟变慢效应。因此固有时间固有时间 ：同一地点发生的两事件的时间间隔 .两地时间 ：不同地点发生的

5、两事件的时间间隔 . 狭义相对论的时空观 1） 两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有意义. 2）时空不互相独立，而是不可分割的整体. 3）光速 C 是建立不同惯性系间时空变换的纽带. 3） 时， .1）时间延缓是一种相对效应 . 2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等 . ）注意解：飞船参考系定为 S 系地面参考系定为 S 系S中是原时S中是两地时 例 以飞船以v=9103m.s-1的速率相对于地面匀速飞行。飞船上的钟走了5s的时间，用地面上的钟测量是经过了多少时间？ 例 设想有一光子火箭以 速率相对地球作直线运动