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狭义相对论1/27新课教学经典力学研究表明全部机械波都必须经过介质才能传输。麦克斯韦电磁场理论揭示了光就是电磁波。光既然是波，当初人们自然要想：传输光波介质是什么呢？当初物理学家假定这种介质叫做“以太”，整个宇宙空间都充满了“以太”，认为“以太”是非常稀薄，密度极小、完全透明、难以感觉到介质。按照经典波动理论，这种介质弹力又是极其大，光波才会在里面有如此巨大传输速度。是一个使人感到奇怪介质。

2/273/27问题：宇宙中充满了传输光介质“以太”，地球又在宇宙中运动，设光在“以太”中传输速度为c，地球相对于“以太”运动速度为v，那么当光传输方向与地球运动方向相同时，以地球为参考物时，会测得光速度是多大呢？

u1=（c-v）当光传输方向迎着地球运动方向而来时，以地球为惯性参考物又会测得光速为多大呢？生：应该是u2=（c+v）4/27美国物理学工作者迈克尔逊和莫雷在1881至1887年间在不停提升试验准确度过程中，重复做了同一个试验：把仪器固定在地面上与地球一起运动，在光顺着地球运动方向传输、逆着地球运动方向传输、以及光传输方向与地球运动方向垂直时，不一样情况下测量光速差异。令人惊异试验结果是：以地球为惯性参考物时测得各个方向光速没有差异。这个著名试验以后物理学界把它叫做迈克尔逊—莫雷试验。5/271879–1955AlbertEinstein6/27爱因斯坦方法：于1905年写了一篇论文提出了他想法：

1、相对性原理：物理规律在一切惯性参考系中都含有相同形式。2、光速不变原理：在一切惯性系中，测量到真空中光速c都一样。

高速世界两个基本原理7/27时间间隔相对性高速运行列车上，由车厢底部发出闪光，对于车上人来说，闪光是在竖直方向反射，而车厢外人认为被接收反射光是沿斜线传输．爱因斯坦在提出这两个假设基础上构筑狭义相对论8/27时间间隔相对性对于车厢内人：对于车厢外人：h9/27长度相对性v车厢运行速度240000km/s车上人看到车厢长度：车外人看到车厢长度：10/27时空相对性试验验证当两个参考系相对速度可与光速相比时，时间与空间相对性才比较显著．狭义相对论结论已经完全得到证实，实际上它已经成为微观粒子研究基础之一．11/27时空相对性试验验证依据相对论，时间在运动中会进行比较迟缓，也就是说，在空间中高速移动时钟，比固定于地面上时钟走得慢．1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面基准钟对照．试验结果与理论预言符合很好．这是相对论第一次宏观验证．12/27时空相对性试验验证早在1941年，科学家经过对宇宙线观察证实了相对论结论，美国科学家罗西和霍尔在不一样高度统计了宇宙线中μ子数量，结果与相对论预言完全一致．13/27例题：有一个试验事实：在宇宙射线中会产生一个微观粒子叫做μ子，在试验室中测算出它们静止时平均寿命（存在时间）是τ´=2.2×10-6秒，按照经典时空观（时间是孤立，与惯性参考物无关），μ子以靠近光速度运动（v=0.998c）时，在这段时间内μ子能飞过平均旅程只有：s=cτ´=3×108×2.2×10-6=660m，然后μ子就会消失，可是对宇宙射线大量观察却发觉，大部分高速μ子能够从约10km高空大气层抵达海平面，这是为何呢？能够用相对论来解释吗？

14/27分析：假设有一辆列车和μ子一起速度v=0.998c运动，μ子相对于列车是静止。所以，以列车为惯性参考物，测得μ子寿命就是μ子静止时寿命τ´=2.2×10-6秒，而以地面做参考物时，μ子是运动，地面上钟测得其寿命将是：在这段时间内μ子能飞过平均旅程有：s=cτ=3×108×3.48×10-5=10.44km.15/27例题：对于前面在时钟延缓效应中讨论过例题，也能够从相对论尺缩效应来看这个问题：被μ子穿越大气层厚度约是10.44km，但假如以μ子为惯性参考物，则μ子是静止，大气层在以v=0.998c速度向μ子运动，所以以静止μ子测得运动大气层厚度只有：所以，μ子能够穿过大气层抵达海平面。

16/27（三）小结：

经典物理时空观相对论时空观真空中光速在不一样惯性参考系中测得光速不一样在任何惯性参考系中测得光速都相同介质宇宙中传输光介质叫“以太”宇宙中不存在“以太”介质时间时间是独立，与参考系无关同一事件在不一样参考系中测得时间不一样长度同一物体长度与参考系无关同一物体在不一样参考系中测得长度不一样物体速度能够任意大真空中光速是速度极限，任何物体速度不可能超出真空中光速17/27狭义相对论其它三个结论下面，我们学习狭义相对论三个主要结论…相对论速度叠加公式相对论质量质能方程18/27相对论速度叠加公式v车厢运行速度240000km/s车外人看到车上人相对地面速度为：19/27相对论质量物体运动速度不能无限增加，那么物体质量是否伴随速度而改变？严格论证表明，物体高速（与光速相比）运动时质量与它静止时质量之间有下面关系：m为运动质量m0为静止质量20/27相对论质量微观粒子速度很高，它质量显著大于静止质量．在研究制造盘旋加速器时必须考虑相对论效应影响．

1988年，中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功21/27物体能量和质量之间存在着某种联络：物体能量和质量之间存在亲密联络，他们关系是：爱因斯坦质能方程这就是著名质能方程22/27质能方程表示了物体质量和它所含有能量之间关系.质能方程物体动能运动时能量静止时能量在v＜＜c时一个近似,这就是动能表示式．23/27质能方程详细推导过程以下：24/27质能方程

这就是我们过去熟悉动能表示式，这也能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速情况下特例．25/27检测题