相对论和时空.ppt

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1、同学们好！1狭义相对论的基本原理1.狭义相对性原理物理定律在所有的惯性系中都有相同的数学形式。2.光速不变原理在所有惯性系中，真空中的光速都恒为c。洛仑兹变换上讲主要内容2不同惯性系中观察者时空观念的关联注意：系系事件事件空间间隔事件时间间隔变换3同时的相对性S系系事件1事件2S系同时发生的两事件,t=0系若则，两事件同时发生。若则，两事件不同时发生。4二、时间量度的相对性(时间膨胀)用一个相对事件发生地静止的钟测量的两个同地事件的时间间隔——原时（本征时间）理想实验：爱因斯坦火车站台系：火车系：火车系：光信号

2、：NMN5站台系：光信号：该两事件为异地事件，需用两只钟测出其时间间隔：非原时6在S系中看来，相对它运动的系内的钟走慢了。——动钟变慢原时非原时在系中用、钟测量系中钟所测得的原时，将获得一个放大了的时间间隔——时间膨胀7在一切时间测量中，原时最短。从相对事件发生地运动的参考系中测量出的时间总比原时长(时间膨胀)。每个参考系中的观测者都会认为相对自己运动的钟比自己的钟走得慢(动钟变慢)。思考：若信号系统相对于站台静止，结果如何？结论：时间间隔的测量是相对的,与惯性系的选择有关;比较：在以上两式中，事件发生地

3、各相对于哪个参考系静止？哪个时间间隔为原时？8原时：在相对事件发生地静止的参考系中，用同一个钟测定的两个同地事件之间的时间间隔0若在相对事件发生地运动的参考系中，该两事件必为异地事件，需用两只钟测出其时间间隔,则：=09静系中同地事件的时间间隔为原时，动系中异地事件的时间间隔非原时。0原时非原时0原时非原时在一切时间测量中，原时最短！由洛仑兹变换可直接得出时间膨胀：10实验验证1)子衰变：宇宙射线和大气相互作用时能产生介子衰变，在大气上层放出子。这些子的速度约为0.998c，如果在实验中测得静止

4、子的寿命为2.210-6s，试问:在8000m高空由介子衰变放出的子能否飞到地面？解：按照经典理论，子飞行的距离为显然，子不能飞到地面。按照相对论理论，应该如何计算？11按照相对论理论，地面参考系测得的子的寿命应为：在地面参考系看来，子的飞行距离为可见，子可以飞到地面。测量结果：到达地面的子流为　　　　，验证了相对论时间膨胀效应。12实验验证2)飞机载铯原子钟环球航行1971年：地球赤道地面钟：A地球赤道上空约一万米处钟向东飞行：B向西飞行：CA，B，C对太阳参考系均向东：结果：钟B慢于A慢于C验证了相对论

5、时间膨胀效应。13飞行原子钟读数减地面钟读数实验结果原子钟编号平均值理论预言值引力效应运动学效应总的净效应向东航行向西航行120361408447-57-74-55-51+277+284+266+26614例.半人马座星是距离太阳系最近的恒星，它距离地球4.31016m，设有一宇宙飞船自地球飞到半人马星，若宇宙飞船相对地球的速度为0.999c，按地球上的时钟计算要用多少年时间？如以飞船上的时钟计算，所需时间又为多少年？地球系：非原时；飞船系：原时按地球上的时钟计算，飞船飞到星所需时间为解：思考：哪个时间为原

6、时？若用飞船上的钟测量，飞船飞到星所需时间为正是时间膨胀效应使得在人的有生之年进行星际航行成为可能。15三、空间量度的相对性(动尺缩短)在相对于物体静止的参考系中测量的长度——原长两端坐标不一定同时测量。事件1事件2S系系设尺相对于系静止测量其两端坐标：在S系中测尺的长度，两端坐标一定要同时测量。——非原长16由洛仑兹变换：原长0观测长度（非原长）原长最长！原长0观测长度（非原长）若尺相对于系静止相对静止参考系(S)：相对运动参考系(S)：17结论：空间间隔的测量是相对的，物体的长度与惯性系的选择有关；在一切长

7、度测量中原长最长。在其他惯性系中测量相对其运动的尺，总得到比原长小的结果——动尺缩短。注意：尺缩效应只在相对运动方向上发生。尺缩效应不是视觉效应。18动尺缩短是测量结果，并非高速运动物体的视觉效应1920参阅赵凯华《新概念物理教程.力学》410页212223例1.一根米尺静止放置在S系中，与Ox轴成30角。已知S系平行于S系的Ox轴正向匀速运动，如果在S系中测得米尺与Ox轴成45角，问:(1)S系相对于S的运动速度u为多大？(2)S系中测得米尺的长度是多少？u解：由题意可知由得根据相对论“尺缩”

8、效应，有即24于是得由于米尺长度所以25思考：哪个长度为原长？例2.一列高速火车以速率u驶过车站，站台上的观察者甲观察到固定于站台、相距1m的两只机械手在车厢上同时划出两个痕迹，求车厢上的观察者乙测出两个痕迹间的距离为多少？甲乙站台系：动系，两端同时测非原长车厢系：静系，为原长26例3.在惯性系S中，有两个事件同时发生在x轴上相距1000m的两点，而在另一惯性系S(沿x