電子教案新概念物理01時空與運(yùn)動

第一節(jié)相對論時空觀引言

1881年美國物理學(xué)家邁克耳遜和莫雷設(shè)計(jì)了一套精密的光學(xué)儀器，測量相對于地球在各個不同方向上傳播的光速。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)光的速度在各個方向上都一樣。

1905年，愛因斯坦提出了狹義相對論，這時邁克耳遜和莫雷實(shí)驗(yàn)之謎才被解開。狹義相對論是從它的兩個基本原理(又稱基本假設(shè))出發(fā)，很自然地產(chǎn)生了?；驹碇唬汗馑俨蛔冊?，即在真空中的光速的大小是一恒量，對所有作勻速直線運(yùn)動的觀察者而言都具有相同的值?！?.1相對論時空觀一、時間的相對性1、如何校對不同地點(diǎn)A和B的兩個時鐘？討論同一參考中不同地點(diǎn)的鐘ABdctA36129tB=tA+d/c36129uS’SAB車尾B’A’車頭cc

在參考系S′中校準(zhǔn)同步的兩個鐘，在參考系S中看是否還同步呢?

設(shè)有兩個觀測者，S′可用列車中部的燈來校準(zhǔn)車頭和車尾的鐘。開燈后，燈光同時到達(dá)車頭和車尾。

地面上的S

看來、燈光向前和向后的速率也都是c，但由于列車以速度u向前運(yùn)動，傳到車尾的燈光比傳到車頭的燈光少走一段路，因而燈光先到車尾，后到車頭。uS’SAB車尾B’A’車頭cc

所以S′校準(zhǔn)了的兩個鐘，S看來并未校準(zhǔn)。換句話說，從S′看是同時的兩件事，從S看一先一后，發(fā)生于不同時刻。就是說同時的概念是相對的，與觀測者的運(yùn)動情形有關(guān)uS’SAB車尾B’A’車頭cc2、時間膨脹TimeDilationuS’SABuS’SABhhllut光豎直來回時間向上的To=2h/c光沿一等腰三角形的兩腰傳播所需時間T=2l/cS’系(相對靜止)觀測S系(相對運(yùn)動)觀測uS’SABhllutS系(相對運(yùn)動)觀測幾何關(guān)系：

l2=h2+(ut/2)2(Tc/2)2=(Toc/2)2+(ut/2)2To2c2=

T2(c2-u2)

表明從靜止觀測者看運(yùn)動的時鐘變慢了；或者說運(yùn)動參考系中測量某地的時間膨脹了。這種膨脹稱為愛因斯坦膨脹。To是與鐘相對靜止觀測者讀得的時間稱為固有時間，也稱本征時間或原時，γ稱為時間膨脹因子。ToT=β12ucβ=1/γ=12βS’B’A’u二、長度的相對性觀測者S’的測量很簡單，用米尺從車頭A’量到車尾B’，就得到列車長度Lo。這個長度稱為列車固有長度，又稱本征長度，因?yàn)槭怯膳c它相當(dāng)靜止的觀測者量得的。

站臺觀測者S

如何量運(yùn)動列車的長度呢?我們可在某一時刻同時記下車頭和車尾經(jīng)過站臺的位置A和B，然后用米尺量出站臺上這兩點(diǎn)之間的距離L，就是他量得的列車長度，但是同時是相對的，從S來看A與A’和B與B’

同時對齊，所以AB就是車長。S’SABB’A’u

但從S’來看，A和B兩處的鐘并沒有對準(zhǔn)。站臺向后掠過，B處的鐘比A處的慢了一些，A與A’先對齊，B與

B’

后對齊，在A與A’

對齊時他看到下面情形，uS’SABB’A’所以列車要比AB長，這就是說，長度是相對的，靜止觀測者看到的運(yùn)動物體縮短了。S’系：從車尾向車頭發(fā)射一束光，返回所用時間：T。=2Lo/cS系：光從車尾傳到車頭的時間：

T’=L/(c-u)

從車頭返回車尾的時間：

T”=L/(c+u)S’SABB’A’u總的時間：

T=T’+T”=L/(c-u)+L/(c+u)=2L/c(1-β2

)時間膨脹公式：

T=To/(1-β2)1/2=2Lo/c(1-β2)1/2T=2L/c(1-β2)=2Lo/c(1-β2)1/2Loβ12=LS’SABB’A’u

它表明從靜止觀測者來看運(yùn)動的尺子縮短了，縮短因子與