狭义相对论的时空观课件.ppt

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1、一、同时的相对性由洛仑兹变换看同时性的相对性事件1事件2两事件同时发生？同时不同地事件2系(车厢参考系)S系(地面参考系)事件1结论：沿两个惯性系运动方向，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，所以同时具有相对意义；只有在同一地点，同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的.在S系在系同时同地发生的两事件此结果反之亦然.注意补充例题：在惯性系S中，观察到两个事件同时发生在x轴上，其间距是1m，而在S'系中观察这两事件之间的距离是2m。试求：S'系中这两

2、事件的时间间隔。解：S系中t=0，x=1m。二、长度的收缩标尺相对系静止在S系中测量测量为两个事件要求在系中测量固有长度当时.固有长度：物体相对静止时所测得的长度.（最长）洛伦兹收缩:运动物体在运动方向上长度收缩.长度收缩是一种相对效应,此结果反之亦然.注意还好，火车比山洞矮，可以过山洞！啊！坏了！山洞比车矮，火车过不去了！！！u例1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？火箭参照系地面参照系解：固有长度补充例题：原长为10m的飞

3、船以u＝3×103m/s的速率相对于地面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？解：差别很难测出。补充例题：一根直杆在S系中，其静止长度为l，与x轴的夹角为。试求：在S'系中的长度和它与x’轴的夹角。两惯性系相对运动速度为u。解：小　结1.牛顿(经典力学)相对性原理：对于任何惯性参照系，牛顿力学的规律都具有相同的形式。爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有的惯性系中都具有相同的表达形式。2.狭义相对论的基本原理光速不变原理：真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择.3.伽利

4、略坐标变换4.洛伦兹坐标变换5.伽利略速度变换6.洛伦兹速度变换8.长度的收缩固有长度7.同时的相对性沿两个惯性系运动方向，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，所以同时具有相对意义；只有在同一地点，同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的.思考题P260:15-1、15-2、15-3、15-4习　题P261:15-5、15-6、15-8运动的钟走得慢三、时间的延缓系同一地点B发生两事件在S系中观测两事件发射一光信号接受一光信号时间间隔B固有时间：同

5、一地点发生的两事件的时间间隔.时间延缓：运动的钟走得慢.固有时间狭义相对论的时空观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.3）时，.1）时间延缓是一种相对效应.2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等.）注意人类乘接近光速的光子火箭作星际旅行无论目标有多远，乘客在旅途上花费的固有时间原则上可以任意短。地球

6、南门二（4光年）牛郎星（16光年）织女星（26.3光年）小麦哲伦星云（15万光年）在日常生活中时间延缓和长度收缩是完全可以忽略的,但运动速度接近光速时,这两种效应就变得非常重要,在高能物理的领域里得到大量的实验证实.补充例题：一飞船以3×103m/s的速率相对地面匀速飞行。飞船上的钟走了10s,地面上的钟经过了多少时间？解：飞船的时间膨胀效应实际上很难测出例2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,则地球上的观察者测得此事用去多少时间？运动的钟似乎走

7、慢了.解:设火箭为系、地球为S系孪生子效应设想一对丰华正茂的孪生兄弟,哥哥告别弟弟,登上访问牛郎织女的旅程。归来时哥哥仍是风度翩翩一少年,而前来迎接他弟弟却是白发苍苍一老翁了。这真应了“天上方一日,地上已七年”的说法!且不问这是否可能,从逻辑上也是说不通的,因为按相对论,运动是相对的,上面是从“天”看“地”,若从“地”看“天”,还应有“地上方一日,天上已七年”的效果,这便是通常所说的“孪生子佯谬(twinparadox)”。从逻辑上看,这佯谬并不存在,因为天、地两个参考系是不对称的。从原则上讲,地可以是

8、一个惯性系,而“天”却不是一个惯性系。否则它将一去不复返,兄弟永别了,谁也不再有机会看到对方的年龄。“天”之所以能返回,必有加速度,这就超出狭义相对论的理论范围,按照广义相对论来讨论,这种现象是能够发生的。1971年美国科学家将精确度极高的铯原子钟放在飞机上,沿赤道向东和向西绕地球一周,回到原处后,分别比静止在地面上的钟慢59纳秒和快273纳秒(1纳秒等于10-9秒)。因为地球以一定的角速度从西往七转,地面不是惯性系,而从地心指向太阳的参考