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文檔簡介

§6.1高速世界

------相對(duì)論

在19世紀(jì)與20世紀(jì)之交(1900年前后),許多人認(rèn)為物理學(xué)這座莊嚴(yán)雄偉、動(dòng)人心弦的科學(xué)殿堂已經(jīng)基本建成了。只是“物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處,漂浮著兩朵小小的令人不安的烏云”

。兩朵烏云:

邁克爾孫—莫雷實(shí)驗(yàn)熱輻射實(shí)驗(yàn)相對(duì)論量子論歷史背景一、相對(duì)論概述⊙

相對(duì)論主要是關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)間空間關(guān)系的理論。其中局限于慣性參考系的理論稱為狹義相對(duì)論,推廣到一般參考系和包括引力場在內(nèi)的理論稱為廣義相對(duì)論?!?/p>

提出原因:邁克爾孫—莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)論與經(jīng)典時(shí)空觀及衍生出的以太學(xué)說相違背?!袮.Einstein通過對(duì)電磁理論研究,意識(shí)到實(shí)驗(yàn)的困境是由于時(shí)空觀造成的。于是,他徹底拋棄“以太”的概念,提出相對(duì)論的兩條基本假設(shè)?;谶@兩條基本原理,愛因斯坦建立了狹義相對(duì)論,把物理學(xué)推進(jìn)到高速領(lǐng)域。二、經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀●

經(jīng)典時(shí)空觀時(shí)間和空間彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián),且不受物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的影響●經(jīng)典時(shí)空觀的幾個(gè)基本結(jié)論:

①同時(shí)的絕對(duì)性②時(shí)間間隔的絕對(duì)性③空間距離的絕對(duì)性●

相對(duì)論時(shí)空觀1.狹義相對(duì)論的理論前提——高速世界的兩個(gè)基本原理①相對(duì)性原理

——在不同的慣性參考系中,一切物理規(guī)律都是相同的.②光速不變?cè)?/p>

——不管在哪個(gè)慣性系中,測得的真空中的光速都相同.2.狹義相對(duì)論的基本結(jié)論①時(shí)間延緩效應(yīng):運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢②長度收縮效應(yīng):運(yùn)動(dòng)的尺子縮短③質(zhì)速關(guān)系:物理質(zhì)量隨著速度的增大而增大④質(zhì)能關(guān)系:質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可分離的屬性【注意】只有高速運(yùn)動(dòng)時(shí),以上效應(yīng)才明顯(1)時(shí)間延緩效應(yīng)(1)時(shí)間延緩效應(yīng)分析:在此過程中,車上的鐘走過的時(shí)間為Δt’,稱固有時(shí).靜止在地面上的觀察者看來,由于列車在高速行駛測得該過程經(jīng)歷的時(shí)間為Δt設(shè)車廂高度為h,列車行駛速度為v,則【例題】A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘,A放在地面上,B、C分別放在兩個(gè)火箭上,以速度vB和vC朝同一方向飛行,vB<vC,地面上的觀察者認(rèn)為哪個(gè)時(shí)鐘走得最慢?哪個(gè)走得最快?※疑問解釋——運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢【答案】C時(shí)鐘走最慢,A走最快。(2)長度收縮效應(yīng)設(shè)一個(gè)一維物體,相對(duì)于它靜止的觀測者測其長度為l(靜止長度或固有長度),該物體相對(duì)另一慣性系沿自身長度方向以勻速ν運(yùn)動(dòng),則在此慣性系中的觀察者測該物體的長度為:(3)質(zhì)速關(guān)系

當(dāng)物體在所處的慣性系靜止時(shí),它具有最小的質(zhì)量m0,這個(gè)質(zhì)量叫靜止質(zhì)量.若物體以速度ν相對(duì)某慣性系運(yùn)動(dòng)時(shí),在這個(gè)慣性系觀測它的質(zhì)量為:

高速運(yùn)動(dòng)的物體其質(zhì)量測得值會(huì)非常大,并隨著速度趨于光速c而無限增大.但事實(shí)告訴我們,一個(gè)真實(shí)的物體質(zhì)量是確定值、有限大結(jié)論:一個(gè)真實(shí)的、靜止質(zhì)量不為零的物體,相對(duì)任何慣性系的運(yùn)動(dòng)速度都不可能達(dá)到或超過光速c.(4)質(zhì)能關(guān)系按照相對(duì)論及基本力學(xué)定律可推導(dǎo)出質(zhì)量和能量具有如下關(guān)系:------著名的質(zhì)能關(guān)系式說明:(1)質(zhì)量和能量是物質(zhì)不可分離的屬性;(2)能量變化量和質(zhì)量變化量關(guān)系式為:(3)任何靜質(zhì)量不為零的物體都貯存著巨大的能量:3、廣義相對(duì)論:時(shí)空彎曲效應(yīng):由于加速運(yùn)動(dòng)或引力作用的影響,導(dǎo)致時(shí)間和空間發(fā)生彎曲。三、牛頓力學(xué)的局限性:只適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)不適用于可與光速相比的高速運(yùn)動(dòng)和微觀物質(zhì)世界。經(jīng)典力學(xué)狹義相對(duì)論光速時(shí)間與空間質(zhì)量使用范圍光速是相對(duì)的,在不同的參照系上測量,光速可能不同在任何慣性系中,測量的光速都相等絕對(duì)的時(shí)間與絕對(duì)的空間,時(shí)間與空間和物體的運(yùn)動(dòng)無關(guān)時(shí)間與空間是相對(duì)的與物體的運(yùn)動(dòng)有關(guān),(時(shí)間延緩效應(yīng)、長度收縮效應(yīng))物體的質(zhì)量

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