高二物理競賽狹義相對論課件

狹義相對論2光子光的波粒二象性3相對論質(zhì)能關系

質(zhì)能關系指出：物質(zhì)的質(zhì)量和能量之間有密切的聯(lián)系.總能量

相對論能量和質(zhì)量守恒是一個統(tǒng)一的物理規(guī)律.4第1題.一艘飛船和一顆彗星相對地面分別以

0.6c、0.8c

的速度相對而行。在地面上觀察，再有5秒兩者就要相撞。問：（1）飛船上看，彗星的速度多大？（2）飛船上看，再經(jīng)過多少時間相撞？0.6c0.8c飛船慧星5【解】設地面為S系，飛船為S’系分別為飛船、彗星相對地面的速度根據(jù)洛侖茲變換,在飛船系中，彗星的速度（沿-x’方向）飛船彗星00’SS’xx’小于光速c.（1）飛船上看，彗星的速度多大？6方法一.(2)飛船上看，再經(jīng)過多少時間相撞？利用“原時”和”“兩地時”的關系事件1：飛船被地面上的人看到事件2：飛船與彗星相撞

在飛船上看是原時

t’這兩事件，在地面上看是兩地時

t7方法二.利用洛侖茲變換設：事件1（飛船被地上人看到）（x1t1

）（）x’1t’1事件2（飛船與彗星相撞）（x2t2

）（）x’2t’2飛船彗星00’SS’xx1x2x’t1t28對以上兩個事件，有（結(jié)果相同）方法三.利用四維“時空間隔”不變量現(xiàn)在有9方法四.事件1：飛船經(jīng)過地面上x1

,t1事件2：彗星經(jīng)過地面上x2

,t2(=t1

)t=t2-t1=0----地面上是同時看到這兩事件的。在地面上看到飛船、彗星相對移近的速度為v*=0.6c+0.8c=1.4c由于地面上看，經(jīng)過5秒將相撞，所以它們的距離為x=x2-x1=v*5=1.4c5=7c

(c

僅代表數(shù)值)看成三個事件（較繁）事件3：飛船和彗星在地面系相撞x3，t3飛船彗星00’SS’xx1x2x’t1t2x3t310這段距離在飛船上看多大？用洛侖茲變換x=7c小，S系中事件1、2是同時發(fā)生的。x=8.75c

大，S’系中事件1、2是必不是同時發(fā)生的。飛船彗星00’SS’xx1x2x’t1t211x’比

x長還可以這樣來理解：在S’系中的觀察者來看，S系測得x1,x2(相應于它的x1’,x2’，)，并不是同時測的，而是先測了x2’

,再測的x1’,而這時S’系已向右運動了一段距離，當然測得的結(jié)果長了。飛船彗星00’SS’xx1x2x’t1t212現(xiàn)在再來看事件3：設事件3：飛船和彗星在地面系x3，t3相撞有人說，飛船上看，再經(jīng)過t’相撞：對不對？因為事件1、2在地面上看是同時，在飛船上看并不是同時，有時間差：【答】錯。13即t’2<t’1,飛船上的人認為，地面上的人是先看到彗星，后看到飛船的。它們相差5.25s,而在這5.25s時間內(nèi)，彗星已經(jīng)向飛船接近了距離

(在飛船系中，彗星的速度為v’)所以，飛船上的人應以彗星的這個位置來計算還有多少時間相撞（結(jié)果相同）例題2一宇宙飛船以相對于地球500km每秒的速率飛向火星，宇航員測出他經(jīng)過80小時的飛行到達火星。試求地面上的觀察者所測得的飛行時間與宇航員測得的時間之差。14例題3在高速公路上有一座長200m的大橋，汽車從橋的一端駛到另一端用時8s，現(xiàn)從以0.6c的速率沿高速公路向前飛行的飛船中觀察，求：（1）大橋的長度；（2）汽車駛上橋的一端和駛到另一端這兩個事件的空間

間隔及時間間隔；（3）汽車的平均速度。1516第4題.如圖所示，S系中的觀察者有一根米尺固定在x軸上，兩端各有一手槍。S’系中的x’

軸上固定有另一根長尺，當它從米尺旁邊經(jīng)過時，

S系中的觀察者同時扳動兩槍，使子彈在S’系中的尺上打出兩個記號。問：在S’系中記號間距

x2-x1與1m比，長還是短？【解】u1m的尺運動長尺SSux1x2x1x2t1t2=t1xx有人說，S’系中的長尺，從米尺旁邊經(jīng)過，所以，它是動長，記號間距x2-x1應比1m短。對不對？17定性分析：t2=t1t2<t1（后）（先）按同時性的相對性的重要規(guī)律，得方法一.方法二。由洛侖茲變換定量計算：長尺Sx1m-u1m-ux2t2’x2t2t1x1Sx2xt2x1t118x2-x1是固定長尺上兩彈痕間的距離。在S’系中看1m是動長。u1m的尺運動長尺SSux1x2x1x2t1t2=t1xxt’1t’219我們知道，在S系中測運動棒的長度，必須同時測它兩端的坐標，有我們也知道，若在S’系中