2021-2022学年高二物理竞赛：狭义相对论课件

1、狭义相对论的时空观4-1-5 狭义相对论的时空观时间的定义只能建立在某种明显是周期性的事件的重复性上。一些基本问题：什么是时间？长度如何测量？被测物体相对于观测者不动时，测物体两端可以不同时。被测物体相对于观测者运动时，测物体两端必须同时。将两个事件之间流逝的时间确定为时间间隔。再用时间间隔衡量一切事件发生所经历的长短时间。牛顿的时间：“绝对的真实的数学上的时间，就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与任何外界事物无关。改进我们的测量，相对时间将越来越接近于绝对时间。”时间的测量：时间的概念是建立在某种明显是周期性的事件的重复性上。将两个事件之间流逝的时间确定为时间间隔再用时间间隔衡量一切事件发生

2、所经历的长短时间。关于时间的推论：1。两个事件之间的间隔对所有观察者都相同。2。一个观察者看来同时发生的两个事件，在任何其他观察者看来也都是同时发生的。两个推论是错误的。伽利略坐标变换式S系S 系变换x = x u ty = yz = zt = t注意：在这里 t = t 是一个隐含的假定！S 系S系变换y = y z = zt = tx = x + u t什么是时间？爱因斯坦：“ 在 静止的 坐标系中，每束光都以确定的速度运动， 它与发射出这个光束的物体是运动的或是静止的无关。当我们从某个参照系或相对于它运动的另一个参照系观察光脉冲，如果说，光的速度都一样，那么，我们关于光的路程（距离）或关

3、于时间间隔，或者同时关于这两者的概念，都必须重新考虑。爱因斯坦对我们最古老的原理之一 时间原理发起的冲击使他1905年的论文光辉倍增，也正是这一点使他的论文如此难以理解。见书上同时性假想实验。速度 = 光束路程时间间隔此时， 。”时空测量的相对性 u x/c 2x =y =yz =zt =SS u t 2121xt参照系 S相对两事件静止事件1：（x1 , t1 ) 事件2：（x2 , t2 ) 参照系 S事件1：（x1 , t1 ) 事件2：（x2 , t2 ) x2 x1 =21x2 ut2 21x1 ut1 =21(x2 x1) (ut2 ut1) t2 t1 =21(t2 t1) u/

4、c 2 ( x2 x1) 两事件发生在：如地球S系上发生两件事飞机S 系相对两事件运动(静系)(动系)观测者在：x + ut x =y =y z =z t =SS2121t + ux /c 2x2 x1 =21x2 + ut2 21x1 + ut1 =21(x2 x1)+ (ut2 ut1) t2 t1 =21(t2 t1)+ u/c 2 ( x2 x1) 参照系 S相对两事件运动事件1：（x1 , t1 ) 事件2：（x2 , t2 ) 参照系 S相对两事件静止事件1：（x1 , t1 ) 事件2：（x2 , t2 ) 两事件发生在：地球S系观测者在：飞机S 系上发生两件事(静系)(动系)一

5、、长度收缩在相对静止参照系中测得的物长Sxl = x2 x1在相对运动参照系中测得的物长l = x2 x1Sux 同时不同地的两事件在相对运动参照系中测物长，实际上是做两端同时发光时在S系中的坐标。a.弟弟.哥哥x1x2=x2 x1x =x u t.哥哥l动 l静 在S中必须同时测量xxx2x1SS21x2 x1 =x2 u tx1 u t21212121a.弟弟l = l(动系)(静系)同时不同地的两事件x1 , tx2 , tl =t2t1不同时t =t u x/c 221x1 , t1x2 , t2相当于哥哥在t1 和 t2测两端u在S中任何时刻测量两端值均相等u同时测.X1X2ux x

6、a.弟弟SSx =x + u t 21l =X2 X121X2 + uT X1 + uT 2121在 S 中必须同时测量l = ll动 T1不同时X 1 , T X 2 , T 同时测.哥哥静止在地球上的物体相对于被测者运动的惯性系测得的长度（运动长度）l相对于被测者静止的惯性系测得的长度（固有长度）l0相对于观测者运动物体的长度（运动长度）l t由相对运动的惯性系中测得这两个事件的时间间隔。（但两个事件不同地）由相对静止的惯性系中测得同一地点两个事件的时间间隔，称为固有时间.tt t = t2 t1t2 t121t =t21相对运动的惯性系中测得的时间 比相对静止的惯性系中测得的时间要长。运

7、动的时间固有时间t0 x2 相对于两事件运动的惯性系测得的的时间间隔（运动时间）相对于被测者静止的惯性系测得的同地两事件的时间间隔（固有时间）t0相对于观测者运动的两事件的时间间隔（运动时间）相对于观测者静止的同地两事件的时间间隔（固有时间）t0 运动的钟走得慢。t =t021(动系)x SL事件2 的光信号走过的距离 比 事件1 的多了一段，（反方向运动时动系在左面）(动系)中得到的 事件2 的时刻多了一段时间间隔。1。出生事件：d , t12。死亡事件：d , t2速度 = 光束路程时间间隔.哥哥ua.弟弟S(静系)u事件 2事件 1常数变长x1 , t1x2 , t2在S中 x2 、x1

8、 处同时发生两事件x2x1St1t2砖块落地小球落地 三、同时性的相对性t2 = t1事件1：(x1 , t1 )事件2；(x2 , t2 )x在 S 中这两事件并非同时发生：t1 =t1 u x1/c 221t2 =t2 u x2/c 221(静系)Sux (动系)t1 =t1 u x1/c 2t2 =t2 u x2/c 22121=t = t2 t1(x2 x1)21uc 2(t2 t1)(x2 x1)21uc 2=0=即：t2 t1=在 S 中这两事件并不同时发生。所以，同时性是相对的。由于 x2 = x1 有 t2 = t1在S中x1 = x2St1= t2砖块落地小球落地x2 = x

9、1 t2 = t1事件1：(x1 , t1 )事件2；(x2 , t2 )x在任何惯性系中观察这两事件都是同时同地发生！t =t u x/c 221(静系)Sux (动系)=t = t2 t121(x2 x1)uc 2(t2 t1)= 0同地同时发生两事件x =x u t21x = x2 x1= 0在 S 中：先开枪，后鸟死前事件1：后事件2：开枪鹰死子弹v 四、时序与因果律时序: 两个事件发生的时间顺序。(x1 , t1 )(x2 , t2 )在 S 中：t2 t1在 S 中：是否能发生先鸟死，后开枪？由因果律联系的两事件的时序是否会颠倒？v =子弹速度在 S 中：=t = t2 t121t1 =t1 u x1/c 2t2