第章狹義相對論力學(xué)改

第十一章

狹義相對論愛因斯坦（A.Einstein，1879-1955）1905《論運動物體的電動力學(xué)》現(xiàn)代時空的創(chuàng)始人11-1狹義相對論的基本原理一、伽利略變換經(jīng)典力學(xué)時空觀伽利略坐標變換根據(jù)伽利略變換，我們可得出牛頓的絕對時空觀，也稱之為經(jīng)典時空觀在S系內(nèi)，米尺的長度為利用伽利略變換式得結(jié)論：空間任意兩點之間的距離對于任何的慣性系而言都是相等的，與慣性系的選擇或觀察者的相對運動無關(guān)，也就是說，長度是“絕對的”，或稱之為“絕對空間”物體的坐標和速度、“同一地點”是相對的時間、長度、質(zhì)量、“同時性”和力學(xué)定律的形式是絕對的伽利略速度變換和加速度變換狹義相對論產(chǎn)生的實驗基礎(chǔ)和歷史條件邁克耳遜-莫雷實驗：零結(jié)果課后查找和閱讀有關(guān)材料：三、狹義相對論基本原理1.狹義相對性原理物理規(guī)律在所有的慣性系中都有相同的數(shù)學(xué)形式。2.光速不變原理在所有慣性系中，光在真空中的速率恒為c

1.

Einstein的相對性理論是Newton理論的發(fā)展討論一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律2.光速不變與伽利略變換3.觀念上的變革牛頓力學(xué)時間標度長度標度質(zhì)量的測量與參考系無關(guān)速度與參考系有關(guān)(相對性)狹義相對論力學(xué)長度時間質(zhì)量與參考系有關(guān)光速不變(相對性)11-2洛倫茲變換一、洛侖茲坐標變換尋找重合兩個參考系相應(yīng)的坐標值之間的關(guān)系時空變換關(guān)系正變換逆變換對于洛侖茲變換的說明：1、在狹義相對論中，洛侖茲變換占據(jù)中心地位；2、洛侖茲變換是同一事件在不同慣性系中兩組時空坐標之間的變換方程；3、相對論將時間和空間，及它們與物質(zhì)的運動不可分割地聯(lián)系起來了。4、時間和空間的坐標都是實數(shù)，變換式中不應(yīng)該出現(xiàn)虛數(shù)5、洛侖茲變換與伽利略變換本質(zhì)不同，但是在低速和宏觀世界范圍內(nèi)洛侖茲變換可以還原為伽利略變換。例：一短跑選手，在地球上以10s的時間跑完100m，在飛行速率為0.98c的飛船中觀測者看來，這個選手跑了多長時間和多長距離（設(shè)飛船沿跑道的競跑方向航行）？解：設(shè)地面為S系，飛船為S'系。例：在慣性系S中，相距x=5106m的兩個地方發(fā)生兩個事件，時間間隔t=10-2s；而在相對于S系沿x軸正向勻速運動的S'系中觀測到這兩事件卻是同時發(fā)生的，試求：S'系中發(fā)生這兩事件的地點間的距離x'。解：設(shè)S'系相對于S系的速度大小為u。二、患洛倫稿茲速度柏變換鬧式由洛慰侖茲執(zhí)變換遞知洛侖炭茲速堂度變魄換式逆變坦換正變決換一維脖洛侖須茲速醫(yī)度變堆換式狹義肝相對天論速度若變換起式與旅光速曾不變床原理窯是協(xié)求調(diào)一爭致的.設(shè)在S系內(nèi)發(fā)射光信號，信號沿方向以速率運動,則在系中的速率例：候設(shè)想忙一飛待船以0.龜80c的速太度在箱地球斗上空汪飛行烘，如果喪這時殘從飛駝船上裳沿速弟度方鄙向發(fā)右射一頂物體揮，物送體相對帥飛船詠速度柴為0.熱90c。問：確從地醉面上白看，觀物體挖速度錘多大負？s解：選飛煌船參暗考系妖為S'系地面布參考最系為S系一、具同時制性的胞相對僑性事件1事件2兩事點件同時桐發(fā)生？11怎-3狹義攏相對梅論的茂時空史觀S'Ei泄ns換te奮in窗tr士ai靈nS地面萬參考舍系在火叨車上分別航放置修信號網(wǎng)接收殼器發(fā)一暖光信幻玉號中點放置召光信險號發(fā)興生器實驗裝置以愛謎因斯鄭坦火冰車為白例研究寫的問愁題兩事及件發(fā)鏈生的揭時間完間隔發(fā)一光信號事件1接收到閃光事件2接收到閃光發(fā)出的閃光光速為同時注接收德到光談信號事件1、事件2同時發(fā)生事件1、事瞎件2不同臺時發(fā)佛生事件1先發(fā)借生處閃光光速也為系中的觀察者又如何看呢？隨運動迎著光比早接收到光事件1接收到閃光事件2接收到閃光同時償性的績相對助性在一悠個慣紫性系辯的不顧同地眨點同襲時發(fā)剖生的危兩個崇事件技，在畏另一漂個慣撈性系番是不董同時打的。由洛漫侖茲勵變換位看同纖時性劑的相墓對性1同時絨性的霸相對咐性是幻玉光速陶不變躲原理誓的直炮接結(jié)愈果2相對掩效應(yīng)3當(dāng)速煌度遠燃遠小潔于c時，拾兩個偵慣性液系結(jié)烘果相糾同討論二、火長度拴收縮原長棒相原對觀永察者對靜止奶時測威得的崖它的京長度虧（也喊稱靜長或固有電長度）。棒靜乎止在S系中S’系測杏得棒崖的長宜度值辟是什采么呢唐？長度竄測量章的定宗義：對物纏體兩鞏端坐斬標的哀同時插測量兩端狐坐標蹄之差干就是瞎物體舉長度動長哨（測惹量長熟度）事件1：測垃棒的莖左端事件2：測責(zé)棒的寶右端由洛肌侖茲拍變換物體逝的長混度沿運器動方拔向收縮1、相對浩效應(yīng)討論在S中的學(xué)觀察具者在S'中的緞觀察賭者2縱向鑼效應(yīng)3在低竭速下伽利亂略變耕換在兩厭參考叉系內(nèi)去測量茫的縱寺向的邪長度推是一渠樣的喜。例：唯原長惡為10膚m的飛找船以u＝3×李103m/航s的速導(dǎo)率相領(lǐng)對于討地面濾勻速化飛行午時，汪從地畜面上咳測量半，它停的長肺度是藝多少兩？解：差別沫很難聚測出奧。三、岔時間肯延緩在某煩系中雀，同鎖一地透點先毒后發(fā)蓮生的啄兩個舒事件孫的時麗間間佩隔(同一誤只鐘構(gòu)測量)，與晶另一種系中粉，在征兩個有地點狠的這泳兩個撫事件抹的時葛間間倉隔(兩只適鐘分鍵別測頃量)的關(guān)命系。研究輩的問旁題是嬌：固有勻時間運動時間一個物理過程用相對于它靜止的慣性系上的標準時鐘測量到的時間（原時）。用表示。一個脹物理哲過程始用相旨對于夏它運動逼的慣觸性系上的填標準獨時鐘公測量廟到的樣時間閃（兩地哪時）。用t表示診。(觀測北時間)原時妖最短泥，動攝鐘變雞慢運動時間時間凳膨脹門了，即S系觀自測時面，過瞧程變趁慢了拳。例、欺一飛毅船以3×息103m/皺s的速播率相煤對于蘿地面睡勻速興飛行訊。飛送船上做的鐘稱走了10s,地面參上的治鐘經(jīng)母過了氧多少唐時間豎？解：飛船桌的時裳間膨宋脹效雖應(yīng)實咸際上層很難刑測出由因簡果律牛聯(lián)系雜的兩襲事件廊的時鴿序是半否會檔顛倒趣？四、女因果逮關(guān)系時序:兩個傷事件液發(fā)生植的時遠間順啊序。在S'中：噴是否擁能發(fā)窄生先捉鳥死鏡，后兆開槍還？在S中：景先開冊槍，場后鳥主死子彈前事件1：開槍在S中：后事件2：鳥死子彈闖速度信號坐傳遞畢速度所以描由因牧果率罪聯(lián)系爬的兩團事件問的時共序不麥會顛厭倒。在S'系中達：在S'系中愁：仍然澡是開網(wǎng)槍在烤前，乞鳥死單在后謊。狹義演相對少論時研空觀1、相妹對于目觀測鋼者運役動的夫慣性婚系沿我運動爹方向儲的長獨度對般觀測掙者來冷說收澆縮了仇。2、相庸對于牛觀測桶者運叨動的厭慣性掃系的層時鐘距系統(tǒng)品對測構(gòu)者來框說變紅慢了預(yù)。3、長躁度收乒縮和妹時間鄰膨脹洽效應(yīng)忌是時燈間和武空間紗的基大本屬伏性之請一，嘗與具戒體的姥物質(zhì)子屬性階或物洽理過孔程的橫機理眉無關(guān)綱。4、沒童有“扔絕對唇”的累時間曉、“績絕對格”的譜空間獄。長寇度收描縮和未時間銜的膨般脹是福相對茅的。狹義葡相對度論時么空觀憤認為旦：時間窩、空伸間、篩運動鍵三者態(tài)是不奸可分冤割地留聯(lián)系晚著；礎(chǔ)時間孟、空哈間的鮮度量舒是相時對的織。不舅同的缸慣性馳系沒片有共坡同的葛同時固性，汪沒有刑相同拔的時劈燕間、炕空間免度量艷。狹統(tǒng)義相掛對論苗時空餅觀反緒映在招洛侖德茲變戀換之祥中。例：雕宇宙面射線救進入降大氣春層時雷，會效形成澤豐富早的μ子。并以0.鋼99擺5c的速釋率飛置向地訪面。已知替實驗毅室中μ子（鹽靜止喘）的慕平均員壽命省為設(shè)大六氣層碧厚度福為60專00手m，試問μ子能否蹲在衰觸變前烈到達袖地面喬？設(shè)地為S系、μ子為Sˊ系。則解法音二捆：見工書解法棗一對Sˊ爆系對S系高速沸運動塵時動鮮力學(xué)更概念震如何戚？基本困出發(fā)溫點：1、力學(xué)罪定律食在洛淺侖茲攔變換趙下形塊式不慈變；2、低速遇時轉(zhuǎn)賭化成洲相應(yīng)理的經(jīng)執(zhí)典力扁學(xué)形榴式。11皇-4狹義湖相對踐論動甜力學(xué)元基礎(chǔ)一、偽質(zhì)量蚊與速養(yǎng)度的籮關(guān)系1.力與論動量2.質(zhì)量炮的表馬達式雷猜想躲形式?。苛Τ掷m(xù)作用動量持續(xù)增大但u的上頁限是c要求羨：m隨速裳率增帽大而微增大合理合理m二、收狹義慚相對牽論動曲力學(xué)舅的基礦本方痰程恒力墾作用葛下，駁不會秋有恒件定的搜加速多度。三、盜相駝對論傭動能動能廊定理汪應(yīng)該際是合遷理的設(shè)質(zhì)秤點從盈靜止捆，通允過力煌作功閑，使膀動能哨增加善。相對閥論動能兩邊證求微致分:由(1份)、(2勝)式得1)合理栗否？2)與經(jīng)艘典動窯能形子式完旦全不導(dǎo)同若電悔子速書度為討論說明鎮(zhèn)將一普個靜急質(zhì)量嚼不等完于零怠的粒枕子加旋速到山光速跟須作無窮孫大的搬功.或者立說實量物粒洪子速平度有詠一極峽限速悶度c.四、溪質(zhì)能求關(guān)系愛因鍛斯坦成質(zhì)能節(jié)關(guān)系物體峽相對免論總雹能量物體禁相對府論靜問止能奔量物體久相對逢論動陰能稱為靜質(zhì)量稱為總質(zhì)量而將稱為動質(zhì)量相對籮論質(zhì)天量是貨能量盼的量餅度物質(zhì)從具有弱質(zhì)量偉，必棗然同認時具另有相圍應(yīng)的黎能量擇；如求果質(zhì)親量發(fā)拒生變祥化，鴉則能迫量也卷伴隨流發(fā)生俯相應(yīng)劈燕的變界化，貨反之津，如持果物影體的喝能量煌發(fā)生程變化酬，那毛么它碑的質(zhì)份量一牌定會嫩發(fā)生傲相應(yīng)蓮的變葛化。說明敬：1)靜止授能量舅實際刃上是莫物體魚的總曲內(nèi)能--頌-分子認的動曾能、此勢能是、原抹子的仆電磁啄能、辱質(zhì)子扮中子的心結(jié)合讓能等好。靜娘止能財量是若相當(dāng)僅可觀何的。2)質(zhì)能胃相互魂依存留，且請同增濤減3)盡管抬質(zhì)能好互相欠依存慕，但緒在一顛個弧削立系揉統(tǒng)內(nèi)稍總能量紙和總烤質(zhì)量桐分別僚守恒仆（不仔是僅史僅靜板質(zhì)量茶守恒奏）質(zhì)能愁守恒沈定律在一忍個孤吩立系愛統(tǒng)內(nèi)捐，所舟有粒袋子的謝相對箏論動斜能與房誠靜能耀之和省在相腎互作疫用過圈程中巷保持乎不變答。