4-狭义相对论.ppt

1、高速行驶时看到周围世界的图象有什么变化呢？,高速运动物体的 视觉效果 是否唯一决定于 尺缩效应？,静止或低速运动时看到的图象,静止或低速运动时看到的图象,高速运动时我们将看到一个扁的世界？,它是人们在同一时刻测量运动物体上各点的位置坐标所构成的外形图象,“变扁了的世界”是仅考虑尺缩效应时物体的外形图象,-测量形象。,看到的物体外形图象，是由“同时到达”眼睛的光线所组成的。,由于(1)物体高速运动,看到的物体外形图象是运动物体上各点分别在不同时刻的位置坐标构成的,-视觉形象。,(2)物体上各点到眼睛的距离不同，,因此同时到达眼睛的光线并不是来自物体上各点在同一时刻发出的。,x,y,z,视点(0,

2、-2,2),沿x正方向运动的正方形, = 0.01,沿x正方向运动的正方形, = 0.8,x,y,z,视点(0,-2,2),x,y,z,视点(0,-2,2),沿x正方向运动的正方体, = 0.01,沿x正方向运动的正方体, = 0.8,x,y,z,视点(0,-2,2),与观察者相对静止的方棱杆阵列图象,该阵列以0.2c速度运动时的图象,该阵列以0.9c速度运动时的图象,物体的视觉形象,计算机模拟方棱杆阵列的视觉形象,一、相对论质量,4 狭义相对论动力学基础,在经典力学中质量是不变的，与物体的运动无关，在相对论中质量是否是不变的呢？,-质速关系,m0为物体的静止质量：在与物体保持相对静止的惯性系

3、中所测得的物体质量,m为相对于观察者以速度v 运动时的物体质量,质量与运动速度相关！,讨论：, vc时：, v c时：,-物体运动速度不能大于c,例1 观察者甲以0.8c的速度相对于静止的观察者乙运动，若甲携带一长度为l0，截面积为S，质量为m0的棒，棒长沿运动方向，试求甲乙测得此棒密度的关系？,解：甲（S系）,乙（S系）,2. 动力学方程,二、相对论的动量和动力学方程,1. 动量,三、相对论动能,相对论动能：,相对论静止能量：,总能量,静止能量,静能 E0= m0c2 ：物体静止时所具有的能量,动能Ek ：物体由于运动而增加的能量,1kg物体的静能,1kg汽油的燃烧值,四、质能关系式,相对论

4、总能量：,总能量,总能量E ：物体运动时所具有的全部能量（机械能、电磁能、热能、光能、原子和分子的动能和势能、结合能等）,-质量和能量 不可分割!,质能关系,核能的释放和应用就是相对论质能关系中的一个重要实验验证，原子弹的爆炸成功，证实了质能关系。,原子核裂变，如1个中子加U23592（铀核）进行一次反应，U236平均还放出2粒中子，这些中心又被其它U235吸收形成第二次裂变 放出很高的能量，这就是原子反应堆（原子弹）。,在原子数等于236附近，每个核子的平均结合能是7.6Mev，在原子数为118附近，每个核子的平均结合能是8.5Mev，U236裂变为质量相等的两个原子核并达到稳定状态，一共放

5、出能量：,1克铀235裂变，那么释放出来的全部能量，按上述数值合算，就有81010J，相当于2.5吨煤的燃烧热，所以原子能是前所未有的最大的能源！ E=Mc2在各种场合印在宣传品上，作为纪念Einstein伟大功绩的标志。 核能的释放和应用就是相对论质能关系中的一个重要实验验证，原子弹的爆炸成功，证实了质能关系。,相对论质能关系在军事上的应用：核武器,原子弹爆炸,冲击波,放射性污染,核电磁辐射,早期核辐射,平方后消去v可得,动质能 三角形,五、动量与能量的关系,六、相对论动力学中的守恒定律,动量守恒,角动量守恒,能量守恒,质能守恒定律：一个封闭系统的总能量是守恒的，总质量也是守恒的,总质量守恒

6、，而不是静止质量守恒,例1一火箭的固有长度为L，相对于地面作匀速直线运动的速度为v1，火箭上有一个人从火箭的后端向火箭前端上的一个靶子发射一颗相对于火箭的速度为v2的子弹。在火箭上测得子弹从射出到击中靶的时间间隔是：, B ,例2两个惯性系S和S，沿X（X）轴方向作相对运动，相对速度为u。，设在S系中某点先后发生的两个事件，用固定于该系的钟测出两事件的时间间隔为0，而用固定在S系的钟测出这两个事件的时间间隔为。又在S系X轴上放置一固有长度为的细杆l0，从S系测得此杆的长度为l则:,D,C,A,B, D ,例3，关于同时性有人提出以下一此结论，其中哪个是正确的？ （A）在一惯性系同时发生的两个事

7、件，在另一惯性系一定不同时发生。 （B）在一惯性系不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系一定同时发生。 （C）在一惯性系同一地点同时发生的两个事件，在另一惯性系一定同时发生。 （D）在一惯性系不同地点不同时发生的两个事件，在另一惯性系一定不同时发生。, C ,例4在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4s，若相对甲作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5s，则乙相对于甲的运动速度是（c表示真空中光速）,（A）（4/5）c（B）(3/5)c （C）(1/5)c （D）(2/5)c, B ,解:,所以: u=3c/5,例5在狭义相对论中，下列说法中哪些是正确的？ （1）一切运动物体相对于观察

8、者的速度都不能大于真空中的光速。 （2）质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的。 （3）在一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件在其他一切惯性系中也是同时发生的。 （4）惯性系中的观察者观察一个与他匀速相对运动的时钟时，会看到这时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些。,（A）（1），（3），（4）（B）（1），（2），（4） （C）（1），（2），（3）（D）（2），（3），（4）,上述说法哪些是正确的:, B ,例6粒子在加速器中被加速，当其质量为静止质量的3倍时，其动能为静止能量的 （A）2倍（B）3倍 （C）4倍（D）5倍, A ,解：,例7当惯性系S和

9、S坐标原点O和O重合时，有一点光源从坐标原点发出一光脉冲，对S系经过一段时间t后（对S系经过时间为t），此光脉冲的球面方程（用直角坐标系）分别为： S系 ； S系 。,例8静止时边长为50cm的立方体，当它沿着与它的一个棱边平行的方向相对于地面以匀速度2.4108ms-1运动时，在地面上测得它的体积是 。,解：,解：,例9一电子以0.99c的速率运动（电子静止质量为9.1110-31kg），则电子的总能量是 J，电子的经典力学的动能与相对论动能之比是 。,解：,内容小结,一、经典力学时空观（绝对时空观）,1、理论基础： 力学相对性原理 在研究力学规律时,一切惯性系都是等价的。经典力学中所有的基本规律在不同的惯性系中都具有相同的形式（经典力学认为质量不变）。,伽利略变换式,正变换,逆变换,2、时空观：,空间和时间是相互独立的，不变的。,二、相对时空观,1、理论基础（两个基本假设）： 相对性原理 在所有的惯性系中，一切物理定律都是相同的，都具有相同的数学表达式。即就是说对于描述一切物理现象的规律来说，所有惯性系都是等价的。,光速不变原理 在所有惯性系中，真空中光沿各个方向传播的速率都等于一个恒量C，与光源和观察者的运动状态