大學物理課件狹義相對論基礎(chǔ)（ 精品）

1、 第四章 狹義相對論根底(2)狹義相對論的時空觀： 時空對稱性；同時相對性，長度收縮，時間膨脹。4-4 狹義相對論的時空觀1.同時的相對性 兩個事件在慣性系S中觀察是同時發(fā)生的，而在另一個慣性系S 觀察時可能不是同時的。 這就是狹義相對論的同時相對性。同時的相對性同時的相對性Never！ 這種情況下，同時性是絕對的。 問：兩個在同一地點并同時發(fā)生的事件，相對另一個參考系可能會不同時嗎?長度測量的根本要求?相同時刻測量！2. 長度縮短長度縮短洛侖茲變換： 在 系，棒長為兩坐標的差(棒靜止在其中): 在 S 系中的觀測者同時刻測量兩端:長度縮短結(jié)論： 從相對某物體運動的參考系中所測得的沿速度方向的

2、物體長度，總比相對該物體靜止的參考系中測得的長度(稱為固有長度,或稱靜長)為短。相對論“尺縮效應(yīng)是物體變真的縮短 ?長度縮短假設(shè)S 以速度u 相對于S 運動，時間變換關(guān)系為：設(shè)在S系中某一固定坐標處，一個事件發(fā)生的開始與終結(jié)時間間隔為：而在S系對應(yīng)的間隔為： 3.時間膨脹時間的膨脹說明：1同一地點測得的時間間隔稱為固有時間, 簡稱原時。固有時間最短，運動使時鐘變慢。(相對靜止的參照系中測得 原時 )2 運動時鐘變慢在粒子物理學中有大量的、 真實的實驗證明。時間的膨脹解釋：愛因斯坦的“光鐘實驗狹義相對論的時空觀 小結(jié)同時的相對性長度收縮時間膨脹4.兩種時空觀對照經(jīng)典時空觀：相對論時空觀：空間是絕

3、對的，時間是絕對的，空間、時間和物質(zhì)運動三者沒有聯(lián)系。a. 時空之間有著密切聯(lián)系，時空與物質(zhì)的運動 也不可分割。b. 不同慣性系各有自己的時間坐標，并相互 發(fā)現(xiàn)對方的鐘走慢了。兩種時空觀對照c. 不同慣性系各有自己的空間坐標，并相互發(fā)現(xiàn) 對方的“尺縮短了。兩種時空觀對照d. 光在任何慣性系中傳播速度都等于 c ，并且是 任何物體運動速度的最高極限。e. 在一個慣性系中同時發(fā)生的兩事件，在其它的 慣性系中可能是不同時發(fā)生的。 A 例4-2：宇宙飛船相對于地面以速度 v 作勻速直線飛行，某一時刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個光訊號，經(jīng)過 t飛船上的鐘時間后，被尾部的接收器收到. 那么由此可知飛

4、船的固有長度為：例4-3：一短跑運發(fā)動在地球上以10s 的時間跑完了100m。在沿短跑飛行速度為0.8c的飛船中的觀察者來看，這運發(fā)動跑了多長時間和多長距離？解：S系地球上運發(fā)動的時空改變?yōu)?x=100m， t=10s；S系(飛船)相對于地球的速度為：u=0.8c.由洛侖茲變換可知，4-5 狹義相對論動力學 根底 1. 相對論力學的根本方程 牛頓力學中，動量a. 在洛侖茲變換下保持不變;b.在 時，還原牛頓力學形式。m ：不隨物體運動狀態(tài)而改變的恒量。 在相對論中，動量必須滿足以下兩個條件：10P相對論性質(zhì)量：靜止質(zhì)量由此，可以有如下的動量形式：01相對論力學的根本方程討論：b.當 時， ，

5、所以，隨著力增加, 速度不會永遠增加； c. 當 時， 必須 ， 所以，以光速運動的物體沒有靜止質(zhì)量, 即 “光子的靜止質(zhì)量為零” 相對論力學根本方程：a.在 時， ， 相對論力學的根本方程4.6 質(zhì)量與能量的關(guān)系1相對論動能: 設(shè)質(zhì)點在變力作用下, 由靜止開始沿著x 軸作一維運動。根據(jù)動能定律：相對論動能 相對論動能 相對論動能 上式說明：質(zhì)點以速率 v 運動時所具有的總能量 mc2 與質(zhì)點靜止時所具有的能量 m0c2 之差，等于質(zhì)點相對論性的動能。(2) 相對論總能量： 在 的條件下，相對論 回到了牛頓力學動能形式：相對論動能 幾點討論： b. 物體處于靜止狀態(tài)時，物體也蘊涵著相當可觀的 靜能量。 a. 相對論中的質(zhì)量不僅是慣性的量度，而且還是 總能量的量度。c. 如果一個系統(tǒng)的質(zhì)量發(fā)生變化， 必有相應(yīng)的能量變化。 d. 對一個孤立系統(tǒng)而言，總能量守恒，總質(zhì)量也守恒。相對論總能量E動量與能量的關(guān)系物理上：從時-空對稱性得到動量-能量對稱性可從(3)式可以直接推導出(1)式。對于以光速運動的物體：光子動量與能量的關(guān)系例題4-4 原子核的結(jié)合能。質(zhì)子和中子的質(zhì)量分 別為: 兩個質(zhì)子和兩個中子組成一氦核 ，實驗測得它的質(zhì)量為MA=4.0001 50u，試計算形成一個氦核時放出的能量。(1u=1.66010-27 kg)解: 氦