高二物理競賽狹義相對論的時空觀課件

引言經(jīng)典物理學的輝煌成就經(jīng)典力學熱力學與統(tǒng)計力學光學電動力學物理學經(jīng)典物理近代物理力學熱學電磁學光學相對論量子論從經(jīng)典物理學到近代物理過渡時期的重要實驗事實邁克爾遜——莫雷實驗：否定了絕對參考系的存在；黑體輻射實驗光電效應

原子的線狀光譜

強調(diào)

近代物理不是對經(jīng)典理論的簡單否定。

近代物理不是對經(jīng)典理論的補充，而是全新的理論。15-4狹義相對論的時空觀一、同時性的相對性1、同時性的相對性在慣性系S中同時發(fā)生的兩個事件，在慣性系S’中一般來說不再是同時發(fā)生的——同時性的相對性。2、愛因斯坦火車S‘—愛因斯坦火車S——地面參考系在S‘系中，事件1與事件2同時發(fā)生。在S系中，事件1與事件2不是同時發(fā)生。3、解釋在S'系中，不同地點x1'與x2'同時發(fā)生兩件事在S系中結(jié)論：不同地點發(fā)生的兩件事，對S'來說是同時發(fā)生的，而在S系中不一定是同時發(fā)生的。在同一地點同時發(fā)生的兩件事，則在不同的慣性中是同時發(fā)生的。若t1‘<t2’，S‘系中，事件1早于事件2；但是隨著x2’-x1‘的取值不同，t2-t1就可能小于零、大于零或等于零，兩事件的先后次序在不同的慣性系中可能發(fā)生顛倒。#同時具有相對意義#例1、地球上,在甲地x1處時刻t1出生一小孩小甲在乙地x2處時刻t2出生一小孩小乙兩小孩的出生完全是兩獨立事件。甲乙··x1

x2S·若甲乙兩地相距x2-x1=3000公里

t2-t1=0.006秒,即甲先乙后甲---哥,乙---弟·飛船上看,★若u=0.6c,可得t2-t

1=0,甲乙同時出生不分哥弟★若u=0.8c可得t

2-t

1<0,甲后乙先

甲---弟乙---哥時序倒了!孿生子效應(twineffect)設(shè)想：一對年華正茂的孿生兄弟,哥哥告別弟弟,登上訪問牛郎織女的旅程。歸來時,阿哥仍是風度翩翩一少年,而迎接他的胞弟卻是白發(fā)蒼蒼一老翁了,真是“天上方七日,地上已千年”。討論：1)這樣的現(xiàn)象能夠發(fā)生Cs原子鐘證明：1971年美國空軍將Cs原子鐘放在飛機上,沿赤道向東和向西繞地球一周?；氐皆幒?分別比靜止在地面上的鐘慢59ns和快273ns(1ns=10-9s)。

結(jié)論：相對于一慣性系的加速度越大的鐘，走得越慢。與上述孿生子問題所預期的效應一致。2)按照相對的觀點,會不會弟弟看自己是少年,而哥哥是老翁了呢?－－－孿生子佯謬(twinparadox)答案：不會原因：實際上,天(航天器)、地(地球)兩個參考系是不對稱的,地---可以是一個慣性系；天---不是慣性系,有加速度,故能返回,否則他將一去不復返,兄弟永別了。

這超出狹義相對論的范圍,需用廣義相對論討論(廣義相對論討論有嚴格的證明,實驗證明見上：

Cs原子鐘)。所以：Twineffect

而非TwinParadox♀試試看:有加速度的那個人變年輕了。按此道理,若人相對地面多作加速運動,生命過程將進行得緩慢一些,不易衰老,對身體會有好處。標尺相對系靜止在S系中測量測量為兩個事件要求在系中測量二、長度的收縮固有長度當

時.

固有長度：物體相對靜止時所測得的長度.（最長）洛倫茲收縮:運動物體在運動方向上長度收縮.長度收縮是一種相對效應,此結(jié)果反之亦然.注意例1設(shè)想有一光子火箭，相對于地球以速率飛行，若以火箭為參考系測得火箭長度為15m，問以地球為參考系，此火箭有多長？火箭參照系地面參照系解：固有長度在S系例2一長為1m的棒靜止地放在平面內(nèi)，在系的觀察者測得此棒與軸成角，試問從S系的觀察者來看，此棒的長度以及棒與Ox軸的夾角是多少？設(shè)想系相對S系的運動速度.解：在

系系同一地點B

發(fā)生兩事件在S系中觀測兩事件發(fā)射一光信號接受一光信號時間間隔B固有時間：同一地點發(fā)生的兩事件的時間間隔.時間延緩：運動的鐘走得慢.固有時間狹義相對論的時空觀

1）兩個事件在不同的慣性系看來，它們的空間關(guān)系是相對的，時間關(guān)系也是相對的，只有將空間和時間聯(lián)系在一起才有意義.

2）時—空不互相獨立，而是不可分割的整體.

3）光速C是建立不同慣性系間時空變換的紐帶.

3）時，.1）時間延緩是一種相對效應.2）時間的流逝不是絕對的，運動將改變時間的進程.（例如新陳代謝、放射性的衰變、壽命等.）注意例3設(shè)想有一光子火箭以速率相對地球作直線運動，若火箭