大学物理(上)12相对论

大学物理电子教案辽宁工程技术大学物理教研室5/6/20241一、狭义相对论的两个基本假设(两个基本原理)1.狭义相对性原理在所有惯性系中，一切物理学定律都具有相同的数学表达式2.光速不变原理在所有惯性系中，光在真空中的速率都相等(等于C)小结5/6/20242二、洛仑兹坐标变换逆变换正变换空间间隔与时间间隔5/6/20243三、洛仑兹速度变换逆变换正变换5/6/20244一维洛仑兹速度变换式5/6/202453.2相对论运动学一、长度收缩1.长度收缩公式静止静止在S’系S’系:S系:根据洛仑兹变换

5/6/20246在相对于棒静止的惯性系中测得的长度。

固有长度在相对于棒运动的惯性系中测得的长度

运动长度说明:物体沿运动方向长度收缩。在什么样

(最长)在各个不同的惯性系中测量同一根棒的长度,在相对于棒静止的惯性系中测得的棒最长。静止静止在S’系

5/6/202472.几点说明:(1)物体沿运动方向长度收缩,物体沿垂直运动方向长度不变。静止在S系(4)当时,(5)当u→c时,在处理问题时必须考虑长度收缩效应。

例如:直线加速器的出口处,电子的速度达到0.999975c(6)长度收缩公式也适用于对某一惯性系中两个固定点间距离的测量,在该惯性中测得的是固有长度,在其它惯性系中测得的是运动长度。静止（2）长度收缩是互逆的，(3)长度收缩是运动效应，与热胀冷缩或压缩不同。

别人的尺子都比自己的短。5/6/20248思考

静止在S系的几何图形，在S'系中讨论其形状5/6/20249

科学幻想:两个孪生姐妹宇航员的对话姐姐在地面上，妹妹在高速飞行的飞船上。

在地面上听：姐姐：“妹妹，我看见你的身高变矮了，你感觉怎么样？”妹妹：“我-很-正-常，没-有-变-矮！”在飞船上听：妹妹：“姐姐，我看见你变瘦了，你感觉怎么样？”姐姐：“我-也-很-正-常，没-有-变-瘦！”姐姐妹妹5/6/202410二、时间膨胀1.时间膨胀公式静止S’系:S系:A：B：S’系A：B：S系5/6/202411在相对事件发生地点静止的惯性系中测得的时间。

固有时间在相对事件发生地点运动的惯性系中测得的时间。相对论时间在什么样

(最短)在各个不同的惯性系中测量二事件发生的时间间隔在相对事件发生地点静止的惯性系中测得的时间最短。在相对事件发生地点运动的惯性系中测得的时间比在相对事件发生地点静止的惯性系中测得的时间长。

静止5/6/202412静止002.时间膨胀效应还可以用时钟走得快慢来说明。相对于观察者运动的时钟变慢。3.几点说明00静止

(1)时钟变慢是互逆的,别人的钟都比自己的钟走得慢。5/6/202413(4)在粒子物理学中,时间膨胀效应获得了大量的实验证明。

某种粒子从产生到衰变所经历的平均时间。粒子的寿命:S’粒子固有寿命实验室S运动寿命(3)当时,比固有寿命长(2)运动的钟变慢是运动效应，不是不准。5/6/202414三、同时性的相对性考查：在某一参照系内，同时发生的两件事，在另一个参照系看来是否是同时发生的？由伽利略变换

在一个参照系内，同时发生的两件事，在其它任何一个参照系内观测，总是同时发生的。同时性是绝对的5/6/202415静止AB5/6/202416异时同地异时异地在一个惯性系中同一地点不同时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，发生在不同地点和不同时刻。S系S’系意义同时异地异时异地在一个惯性系中不同地点同一时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，发生在不同地点和不同时刻。(1)(2)5/6/202417(3)异时异地异时异地在一个惯性系中不同地点不同时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，若则则若发生在不同地点和不同时刻。一般情况下:特殊情况下:同时异地同地异时S系S’系意义5/6/202418S系S’系意义同时同地同时同地在一个惯性系中同一地点同一时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，发生在同一地点和同一时刻。(4)注意:“同地”指沿X轴上同一点;“异地”指沿X轴上不同两点S系S’系(1)同地异时异地异时(2)异地同时异地异时(3)异地异时异地异时(同地异时或同时异地)(4)同地同时同地同时5/6/202419若说明在S系中观察,B事件比A事件后发生。说明在S’系中观察,B事件比A事件后发生。说明在S’系中观察,B事件比A事件先发生。说明在S系中观察,B事件与A事件同时发生对于有因果关系的两个事件,它们发生的时间顺序,在任何惯性系中观察,都是不应该颠倒的。S系A事件:B事件:S’系5/6/202420例题1：在系中：在系中：系：（2）解（1）系：（2）相对的速度求：（1）在系看5/6/202421解：例2：北京至广州的直线距离2000km，同时发生两事件，中午12：00，北京站开出一列火车，广州站开出一列火车。此时，有一飞船以速度通过。问：飞船上看来，两列火车开出的时间差是多少？北京广州广州先发车，北京后发车..5/6/202422在相对于棒静止的惯性系中测得的长度。

固有长度在相对于棒运动的惯性系中测得的长度。

运动长度物体沿运动方向长度收缩，物体沿垂直运动方向长度不变。(最长)在各个不同的惯性系中测量同一根棒的长度，在相对于棒静止的惯性系中测得的棒最长。小结一、长度收缩5/6/202423在相对事件发生地点静止的惯性系中测得的时间。

固有时间在相对事件发生地点运动的惯性系中测得的时间。相对论时间(最短)在各个不同的惯性系中测量二事件发生的时间间隔在相对事件发生地点静止的惯性系中测得的时间最短。相对于观察者运动的时钟变慢。某种粒子从产生到衰变所经历的平均时间粒子寿命S’固有寿命实验室S运动寿命粒子二、时间