高二物理競賽狹義相對(duì)論的時(shí)空觀課件

引言經(jīng)典物理學(xué)的輝煌成就經(jīng)典力學(xué)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)光學(xué)電動(dòng)力學(xué)物理學(xué)經(jīng)典物理近代物理力學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)光學(xué)相對(duì)論量子論從經(jīng)典物理學(xué)到近代物理過渡時(shí)期的重要實(shí)驗(yàn)事實(shí)邁克爾遜——莫雷實(shí)驗(yàn)：否定了絕對(duì)參考系的存在；黑體輻射實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)

原子的線狀光譜

強(qiáng)調(diào)

近代物理不是對(duì)經(jīng)典理論的簡單否定。

近代物理不是對(duì)經(jīng)典理論的補(bǔ)充，而是全新的理論。15-4狹義相對(duì)論的時(shí)空觀一、同時(shí)性的相對(duì)性1、同時(shí)性的相對(duì)性在慣性系S中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在慣性系S’中一般來說不再是同時(shí)發(fā)生的——同時(shí)性的相對(duì)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(shí)發(fā)生。在S系中，事件1與事件2不是同時(shí)發(fā)生。3、解釋在S'系中，不同地點(diǎn)x1'與x2'同時(shí)發(fā)生兩件事在S系中結(jié)論：不同地點(diǎn)發(fā)生的兩件事，對(duì)S'來說是同時(shí)發(fā)生的，而在S系中不一定是同時(shí)發(fā)生的。在同一地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩件事，則在不同的慣性中是同時(shí)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(shí)具有相對(duì)意義#例1、地球上,在甲地x1處時(shí)刻t1出生一小孩小甲在乙地x2處時(shí)刻t2出生一小孩小乙兩小孩的出生完全是兩獨(dú)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(shí)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(shí)序倒了!孿生子效應(yīng)(twineffect)設(shè)想：一對(duì)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(shí),阿哥仍是風(fēng)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(jī)上,沿赤道向東和向西繞地球一周。回到原處后,分別比靜止在地面上的鐘慢59ns和快273ns(1ns=10-9s)。

結(jié)論：相對(duì)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(yù)期的效應(yīng)一致。2)按照相對(duì)的觀點(diǎn),會(huì)不會(huì)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(huì)原因：實(shí)際上,天(航天器)、地(地球)兩個(gè)參考系是不對(duì)稱的,地---可以是一個(gè)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(fù)返,兄弟永別了。

這超出狹義相對(duì)論的范圍,需用廣義相對(duì)論討論(廣義相對(duì)論討論有嚴(yán)格的證明,實(shí)驗(yàn)證明見上：

Cs原子鐘)。所以：Twineffect

而非TwinParadox♀試試看:有加速度的那個(gè)人變年輕了。按此道理,若人相對(duì)地面多作加速運(yùn)動(dòng),生命過程將進(jìn)行得緩慢一些,不易衰老,對(duì)身體會(huì)有好處。標(biāo)尺相對(duì)系靜止在S系中測量測量為兩個(gè)事件要求在系中測量二、長度的收縮固有長度當(dāng)

時(shí).

固有長度：物體相對(duì)靜止時(shí)所測得的長度.（最長）洛倫茲收縮:運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)方向上長度收縮.長度收縮是一種相對(duì)效應(yīng),此結(jié)果反之亦然.注意例1設(shè)想有一光子火箭，相對(duì)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?yàn)閰⒖枷担嘶鸺卸嚅L？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(duì)S系的運(yùn)動(dòng)速度.解：在

系系同一地點(diǎn)B

發(fā)生兩事件在S系中觀測兩事件發(fā)射一光信號(hào)接受一光信號(hào)時(shí)間間隔B固有時(shí)間：同一地點(diǎn)發(fā)生的兩事件的時(shí)間間隔.時(shí)間延緩：運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢.固有時(shí)間狹義相對(duì)論的時(shí)空觀

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

2）時(shí)—空不互相獨(dú)立，而是不可分割的整體.

3）光速C是建立不同慣性系間時(shí)空變換的紐帶.

3）時(shí)，.1）時(shí)間延緩是一種相對(duì)效應(yīng).2）時(shí)間的流逝不是絕對(duì)的，運(yùn)動(dòng)將改變時(shí)間的進(jìn)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(duì)地球作直線運(yùn)動(dòng)，若火箭