狭义相对论2.ppt

1、大学物理,李宏荣,2008-04-10,15.2 狭义相对论的两个基本假设,一. 伽利略变换的困难,力学规律的相对性原理,物理规律的相对性？,Maxwell电磁场理论不满足这种相对性！原因？,爱因斯坦：狭义相对论,罗伦茨、庞家勒等其它解释,1905年，A.Einstein,首次提出了狭义相对论的两个假设,2. 光速不变原理,在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值,包括两个意思：,光速不随观察者的运动而变化,光速不随光源的运动而变化,二. 狭义相对论的两个基本假设,1. 相对性原理,一切物理规律在所有惯性系中具有相同的形式,一切物理规律,力学规律,(1) Einstein 相对性原理

2、 是 Newton力学相对性原理的发展,讨论,(2) 光速不变原理与伽利略的速度合成定理针锋相对,在牛顿力学中，与参考系无关,在狭义相对论力学中，与参考系有关,(3) 时间、长度、质量等的测量,一. 同时性的相对性(relativity of simultaneity),15.3 狭义相对论的时空观,同时性的概念,同一地点,两个时钟指向同一刻度 两件事情同时发生,不同地点,两个时钟指向同一刻度 两件事情同时发生,？,然而：信号速度 = 无穷大,手表慢了：L/c,L,同时性的相对性,和光速不变原理紧密联系,以运动的火车为例,：地面参考系,在火车上,分别放置光信号接收器,中点,放置闪光光源,: 运

3、动的火车,研究的问题,发一光信号,事件1：,接收到闪光,事件2：,接收到闪光,发出的闪光,光速为,同时接收到光信号,事件1、事件2同时发生,某一时刻,两事件发生的时间间隔在,事件1、事件2不同时发生,M处闪光,光速也为C,A迎着光比B早接收到光,观察者又如何看呢？,A B随S 运动,同时性是相对的,根据经典物理,A ，B同时收到光,同时性的相对性-光速不变原理的直接结果,运动方向后方的那一事件先发生,二. 时间延缓（time dilation）,时间间隔测量是 否也具有相对性,在某一惯性系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔 ，与另一惯性系中这两个事件的时间间隔之间的关系。,研究的问题是：

4、,O 处的闪光光源发出一光信号,事件1,事件2,O 处的接收器接收到该光信号,-运动时钟变慢,S系同一地点先后发生的两事件,两事件发生的时间间隔,同一地点；原时,不同一地点,光速不变原理,?,令,相对论因子：,时间延缓,下图表明静止的钟中的 1 s 在以不同速度相对运动时观察的时间和相对速度的关系,1.原时,在某一惯性系中，同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔,不同惯性系中测量给定两事件之间的时间间隔，以原时最短,运动时钟变慢,静止时钟,运动时钟,3.当,回到经典力学绝对时空观,时,2. 时间延缓效应是相对的。,例,- 介子是一种不稳定的粒子，从它产生到它衰变为 - 介子经历的时间即为它的

5、寿命，已测得静止 - 介子的平均寿命 o = 2 10-8s. 某加速器产生的 - 介子以速率 u = 0.98 c 相对实验室运动。,求,- 介子衰变前在实验室中通过的平均距离。,解,对实验室中的观察者来说，运动的 - 介子的寿命 为,因此， - 介子衰变前在实验室中通过的距离 d 为,三. 长度的相对性(relativity of length),1.运动长度的测量,不要求同时测量,必须同时测量,2.长度的相对性,以运动火车为例,A,B同时,S系:,S系:,A与B重合在先; A与A重合在后,S系结果:,长度是相对的,静长,运动长度,静长最长，运动长度缩短,同时闪电时，车正好在山洞里,山洞比

6、车短，火车可被闪电击中否？,车头到洞口，出现第一个闪电,车尾到洞口，出现第二个闪电,闪电不同时,1.时间和长度是相对的,3.当速度远远小于 C 时，两个惯性系结果相同,2.时间和长度的相对性是光速不变原理的直接结果,四. 长度收缩(length contraction),相对于棒静止的惯性系测得的棒的长度 原长,1. 运动长度的测量,不要求同时测量,必须同时测量,长度测量和同时性概念密切相关。这在测量静止的棒的长度时并不明显地重要，但在测量运动的棒的长度时，同时性的考虑就带有决定性的意义。,2. 长度收缩,事件1,两事件同地发生,原时,事件2,长度收缩,下图表明原长为 1 m 的细杆相对于观察

7、者以各种不同速度运动时长度的变化情况,(3) 当v c 时，,(1),沿尺长度方向相对尺运动的观测者测得的尺长 l ，较相对尺静止观测者测得的同一尺的原长 l 0 要短,长度缩短效应,在不同惯性系中测量同一尺长，以原长为最长,长度收缩效应是相对的,长度收缩效应是同时性的相对性的直接结果,(2) 纵向效应,回到经典力学绝对时空观,例,地球-月球系中测得地-月距离为 3.844108 m，一火箭以 0.8 c 的速率沿着从地球到月球的方向飞行，先经过地球 (事件1)，之后又经过月球 (事件2)。,求,在地球-月球系和火箭系中观测，火箭从地球飞经月球所需要的时间。,解,取地球-月球系为 S 系，火箭系为 S 系。则在 S 系中，地-月距离为,火箭从地球飞径月球的时间为,因此，在 S 系中火箭从地球飞径月球的时间为,设在系 S 中，地-月距离为 l ，根据长度收缩公式有,另解:,例,宇宙飞船以 0.8c 速度远离地球(退行速度 u = 0.8c )，在此过程中飞