狹義相對(duì)論時(shí)空觀（第2次課）教程課件

狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)9/13/20231光速不變?cè)碓谒械膽T性系中，光在真空中的傳播速率具有相同的值狹義相對(duì)性原理一切物理規(guī)律在所有慣性系中具有相同的形式第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)洛倫茲變換正變換第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)9/13/20232S'c

c§14.4

狹義相對(duì)論的時(shí)空觀一.同時(shí)性的相對(duì)性地面參考系假想火車1、2

兩事件在S’系中同時(shí)發(fā)生事件1：A'接收到光信號(hào)事件2：B'接收到光信號(hào)A' M

'

B't

=t'=0時(shí),M'發(fā)出一光信號(hào)9/13/20233第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)c

cc

cS

S'A

MBM在S系中1事件先于2事件發(fā)生事件2發(fā)生c

cS

S'事件1發(fā)生A'比B'早接收到光信號(hào)A

M11/23/20234第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)S'

S’系中異地同時(shí)事件，在S系中并不同時(shí)?！瑫r(shí)的相對(duì)性

S’系中同地同時(shí)事件，在S系中也是同時(shí)?！厥录耐瑫r(shí)性具有絕對(duì)意義S系中事件1先于事件2發(fā)生。第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)11/23/20235事件1與事件2有因果聯(lián)系。

因果關(guān)系是絕對(duì)的，不依賴于參考系的選擇11/23/20236第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)二.時(shí)間延緩事件1事件2O'處的閃光光源發(fā)出一光信號(hào)O'處的接收器接收到該光信號(hào)S'O'M'SO原時(shí):

在某慣性系中，同一地點(diǎn)先后發(fā)生的兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔(原時(shí))第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)11/23/20237——時(shí)間延緩效應(yīng)原時(shí):

在某慣性系中，同一地點(diǎn)先后發(fā)生的兩個(gè)事件之間記：

的時(shí)間間隔11/23/20238第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)

在不同慣性系中測(cè)量給定兩事件之間的時(shí)間間隔，測(cè)得的結(jié)果以原時(shí)最短。運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘走的速率比靜止時(shí)鐘走的速率要慢。物體的運(yùn)動(dòng)速度愈大，它內(nèi)部的物理過程進(jìn)行的愈緩慢。討論當(dāng)v

<<c時(shí)，時(shí)間延緩效應(yīng)是相對(duì)的。運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢效應(yīng)是時(shí)間本身的客觀特征。11/23/20239第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)例

介子是一種不穩(wěn)定的粒子，從它產(chǎn)生到它衰變?yōu)?/p>

介子經(jīng)歷的時(shí)間即為它的壽命，已測(cè)得靜止

介子的平均壽命

τ0

=2

10

8s.

某加速器產(chǎn)生的

介子以速率u=0.98c

相對(duì)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)動(dòng)。求

介子衰變前在實(shí)驗(yàn)室中通過的平均距離。解

對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的觀察者來說，運(yùn)動(dòng)的

介子的壽命

τ

為因此，

介子衰變前在實(shí)驗(yàn)室中通過的距離d'為第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相11/23/202310對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)三.長度收縮原長:相對(duì)于棒靜止的慣性系測(cè)得棒的長度1.運(yùn)動(dòng)長度的測(cè)量不要求同時(shí)測(cè)量必須同時(shí)測(cè)量O'S'O

O'S

S'OSO'S'第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)11/23/2023112.長度收縮OSO'S'事件1事件2兩事件必須同時(shí)發(fā)生——

運(yùn)動(dòng)長度縮短效應(yīng)11/23/202312第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)兩事件同地發(fā)生,

t為原時(shí)O

O'OSO'S'事件1事件2第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)S

S'11/23/202313OSO'S'O

O'S

S'事件1事件2由兩事件同地發(fā)生,

t為原時(shí)得第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)11/23/202314在不同慣性系中測(cè)量同一尺長，以原長為最長。討論當(dāng)v

<<c時(shí)，長度收縮效應(yīng)是相對(duì)的。長度收縮發(fā)生在物體運(yùn)動(dòng)的方向上。長度收縮效應(yīng)并不是視覺感受，而是測(cè)量結(jié)果。第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)11/23/202315例0.8

c

的速率沿著從地球到月球的方向飛行，先經(jīng)過地球(事件1)，之后又經(jīng)過月球(事件2)。求在地球-月球系和火箭系中觀測(cè)，火箭從地球飛經(jīng)月球所需要的時(shí)間。解

取地球-月球系為

S

系，火箭系為

S'

系。則在

S

系中，地-月距離為火箭從地球飛徑月球的時(shí)間為11/23/202316第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)地球-月球系中測(cè)得地-月距離為3.844×108

m，一火箭以因此，在S'系中火箭從地球飛徑月球的時(shí)間為另解:第9章穩(wěn)恒磁場14章狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)設(shè)在系S'中，地-月距離為l'，根據(jù)長度收縮公式有11/23/202317例

宇宙飛船以

0.8c

速度遠(yuǎn)離地球(退行速度

u=

0.8c

)，在此過程中飛船向地球發(fā)出兩光信號(hào)，其時(shí)間間隔為

tE

.求

地球上接收到它發(fā)出的兩個(gè)光信號(hào)間隔

tR

.解