REL-第09章-第02节-爱因斯坦假设-狭义相对论时空观-v1

第9章狭义相对论基础爱因斯坦假设狭义相对论时空观第1页第二节爱因斯坦假设狭义相对论时空观从两个基本假设出发，重新认识同时、时间与长度的测量第9章狭义相对论基础爱因斯坦相对性原理第2页第一基本假设物理学定律在所有的惯性系中都是成立的，也就是说，物理学定律与惯性系的选择无关关键词：物理学定律惯性系它把相对性原理的适用范围从力学推广到所有物理现象第9章狭义相对论基础从力学规律到物理学规律第3页S01：力学相对性原理牛顿定律在每个惯性参考系中都成立S02：爱因斯坦相对性原理物理学定律在所有惯性系中成立，范围包括电磁现象两者的共同条件是“惯性系”；适用的物理规律范围不同第9章狭义相对论基础光速不变原理第4页第二基本假设在任何惯性系中，自由空间（真空）中的光速具有相同的量值教材的范围条件不管光源与观察者的相对运动如何，任一惯性系中的观察者所观测到的真空光速都相等关键词：惯性系自由空间（真空）光源观察者第9章狭义相对论基础光速不变与伽利略变换第5页c′=c±u伽利略速度变换给出的光速关系教材结论两个基本假设与伽利略变换相矛盾，需要修正牛顿绝对时空观这一步提出时空观的修正，不在本节给出新的坐标变换公式第9章狭义相对论基础同时性的相对性：装置与事件第6页事件：A′或B′处的接收器接收到一次闪光S′相对S沿+X方向以速度u运动第9章狭义相对论基础在S′中：两事件同时第7页M′位于A′、B′中点，光到两端的路径相等在S′中：A′、B′两个接收事件同时发生第9章狭义相对论基础在S中：两事件不同步第8页A′迎着光线运动，B′背着光线运动在S中：光先到A′，后到B′，两事件不同时第9章狭义相对论基础同时性依赖参考系第9页在S′中A′、B′的接收事件同时发生在S中同一对接收事件不同时发生，A′先于B′沿相对运动方向发生的两个事件：是否同时，必须说明在哪个惯性系中判断第9章狭义相对论基础光钟在S′中第10页S′中：发光与返回都发生在A′，光路沿同一直线第9章狭义相对论基础同一光钟在S中第11页S中：光从A出发，经M′反射后到C，走一条折线第9章狭义相对论基础时间膨胀的几何关系第12页S中的半程光的半程长度：光路与时间全程光路：2l光传播时间：这些关系来自S中A→M′→C的折线路径；它们不另编号第9章狭义相对论基础时间膨胀关系第13页(9-2)量的身份Δt′：在S′中，两个事件发生在A′同一地点Δt：在S中测得同一对事件的时间间隔S′相对S沿+X方向以速度u运动第9章狭义相对论基础时间量度的相对性第14页教材的比较若两个事件在某一参考系的同一地点发生，那个参考系测得Δt′；另一参考系测得Δt更长时间膨胀是相对运动的效应，不是事件内部机制或钟的内部结构发生变化时间的量度与参考系有关第9章狭义相对论基础例题：飞船时钟第15页题意飞船以u=9×10³m/s相对地面匀速飞行。飞船上的钟走了5s，问地面钟测得经过多长时间参考系与关系飞船钟给出τ=5s地面参考系测量ΔtΔt≈5.000000002s第9章狭义相对论基础例题：μ子寿命与实验室距离第16页已知μ子在静止时的平均寿命为原时τ=2.5×10⁻⁸s；实验室测得速率u=0.99c在实验室中

=1.8×10⁻⁷s通过距离：uΔt=53m原时属于μ子静止的参考系；实验室测量其运动寿命和传播距离第9章狭义相对论基础长度测量与参考系第17页既然同时性是相对的，长度的测量也与参考系有关教材接下来讨论一根固定在S′系X′轴上的细棒，在S′与S中分别测得的长度有何关系？长度关系只讨论相对运动方向上的测量第9章狭义相对论基础运动杆的长度测量第18页杆A′B′固定在S′中，l′为S′测得的原长（静止长）在S中，以固定点x₁和两端先后经过的时间间隔测得l=uΔt第9章狭义相对论基础长度缩短关系第19页(9-3)量的身份l′：棒静止在S′时测得的原长（静止长）l：S中测得的运动长度S′相对S沿+X方向以速度u运动第9章狭义相对论基础原长与长度缩短的方向第20页原长（静止长）在棒静止的参考系中测得的长度，由静止在该参考系中的观察者测得长度缩短的方向只发生在相对运动方向上本例沿X轴；Y轴方向没有长度缩短从(9-3)可见：原长最长，其他参考系测得的长度较短第9章狭义相对论基础例题：5m飞船的长度第21页题意一艘原长为l₀=5m的飞船，以u=0.6c相对地面匀速飞行，求地面测得的飞船长度参考系与关系l₀是飞船静止参考系中的原长地面测量运动长度l第9章狭义相对论基础例题：地球至牛郎星（S′方法）第22页题意地球与牛郎星相距l=16光年飞船要用1年时间到达，求飞行速度u在飞船参考系S′飞船钟测得Δt′=1year距离缩短：本方法中的1年属于飞船参考系，不与地球