狭义相对论的时空观课件

1、,回顾：,绝对时空观,伽利略变换,力学相对性原理,1.狭义相对论的两个基本假设,2.洛仑兹变换式,矛盾：电磁场基本规律对伽利略变换不协变,洛仑兹变换中蕴含的狭义相对论的时空观,1.同时的相对性2.时间度量的相对性3.空间度量的相对性,相对论效应,1.同时的相对性,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.,得证：一惯性系中的不同地点的同时事件，在另一惯性系中观测结果不同时。,结论：同时具有相对意义。沿两个惯性系运动方向，（1）不同地点发生的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的，在另一惯性系中观察则不同时；（2）只有在同一地点，同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中

2、观察也是同时的.,在S系:,在系同时同地发生的两事件,讨论：,火车匀速，地面的人观察到车头车尾同时遭雷击，请问从车厢观察者来看，是否同时？若不同时，何处先被雷击？,运动的钟走得慢,2.时间延缓效应,在S系中观测两事件,时间间隔,时间间隔,求和的关系,在S系,同一地点发生的两事件的时间间隔.,固有时间,固有时间,相对于所研究的参考系是静止的钟测得的两事件的时间间隔；,3）时，.,2）时间延缓是一种相对效应.,1）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.,相对论效应：运动的钟走得慢时间延缓(动画),固有时最短,例6.1一飞船以9103m/s的速率相对与地面匀速飞行,飞船上的钟走了5s,地面上的

3、钟经过了多少时间？,飞船的时间延缓/膨胀效应实际上很难测出,例6.2带正电的介子是一种不稳定的粒子。当它静止时，平均寿命为，过后即发生衰变。今产生一束介子，在实验室测得它的速率为u0.99c，并测得它在衰变前通过的平均距离为52m。这些测量结果是否一致？,固有时,通过的平均距离：,解：,3.长度收缩效应,标尺相对系静止,长度的测量是和同时性概念密切相关.,固有长度,固有长度：物体相对静止时所测得的长度.,相对静止的参考系测得的两事件的空间间隔；本征长度,当时.,洛伦兹收缩:运动物体在运动方向上发生长度收缩.,长度收缩是一种相对效应.,固有长度最长,例6.3固有长度为5m的飞船以的速率相对于地面

4、匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？,固有长度,解：,在S系,例一长为1m的棒静止地放在平面内，在系的观察者测得此棒与轴成角，试问从S系的观察者来看，此棒的长度以及棒与Ox轴的夹角是多少？设想系相对S系的运动速度.,解：在系,物理世界奇遇记,-城市速度极限,汤普金斯先生,自行车和车上的年轻人在运动方向上都难以置信地缩扁了.,-运动物体的收缩,街道缩短了,商店的橱窗变得像一条条狭缝人行道上步行的人则变成他有生以来第一次见到的细高条,-相对性,洛仑兹变换中蕴含的狭义相对论的时空观,1.同时的相对性2.时间延缓3.长度收缩,相对论效应,狭义相对论的时空观：时间、空间不是绝对不变的，而是于物体的

5、运动有关。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.,狭义相对论时空观,2、相对于观测者运动的惯性系沿运动方向的长度对观测者来说收缩了。,1、相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对观测者来说变慢了。,3、没有“绝对”的时间、“绝对”的空间。长度收缩和时间的膨胀是相对的。,习题,地球观察者发现速率为0.60c向东航行的宇宙飞船将在5s后同一个以0.80c向西飞行的彗星相撞。,（1）飞船中的人们看到彗星以多大速率向他们接近。,（2）按照飞船的钟，还

6、有多少时间允许他们规避,（1）飞船中的人们看到彗星以多大速率向他们接近。,（2）按照飞船的钟，还有多少时间允许他们规避,此题中,天津和北京相距120km，在北京于某日上午9时正有一工厂因过载而断电，同日在天津于9时0分0.0003秒有一自行车与卡车相撞。试求在以u=0.8c的速率沿北京到天津方向飞行的飞船中，观察到的两个事件的时间间隔。哪一个发生在前？,习题：,讨论：,总结,1.相对性原理物理规律对所有惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的（例如“绝对静止”的）惯性系。2.光速不变原理在一切惯性系中，光在真空中的速率恒为c，与光源的运动状态无关。,两条基本假设（,爱因斯坦的狭义相对论基本原理),洛仑兹变换式,总结,位置坐标变换,速度变换,狭义相对论时空观,2、相对于观测者运动的惯性系沿运动方向的长度对观测者来说收缩了。,1、相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对观测者来说变慢了。,3、没有“绝对”的时间、“绝对”的空间。长度收缩和时间的膨胀是相对的。,练习设想有一光子火箭，相对于地球以速率飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为15m，问以地球为参考系，此火箭有多长？,解：固有长度,例1设想有一光子火箭以速率相对地球作直线运动，若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去10min,