湖南師大附中物理競賽輔導(dǎo)C狹義相對論時(shí)空觀課件

2020

高中物理競賽普通物理學(xué)湖南師大附中§3.4狹義相對論時(shí)空觀一、同時(shí)的相對性愛因斯坦火車實(shí)驗(yàn)一S

Mu=0S/

M/S

Mu=0S/

M/ut車廂(S/系):閃光信號同時(shí)到達(dá)前、后門，為同時(shí)事件地面(S系):光信號先到后門、后到前門，不是同時(shí)事件2

在一個(gè)慣性系中的兩個(gè)同時(shí)事件，在另一個(gè)慣性系中觀測不是同時(shí)的，這是時(shí)空均勻性和光速不變原理的一個(gè)直接結(jié)果.愛因斯坦火車實(shí)驗(yàn)二yu=0

M

M/xzx1x2t1t2車站觀測者:測到兩個(gè)閃電同時(shí)分別擊中車頭和車尾.S系中時(shí)空坐標(biāo):事件1(x1，t1)，事件2(x2，t2)車站觀測者:觀測兩個(gè)閃電

S/系中時(shí)空坐標(biāo):事件1(x1/，t1/)，事件2(x2/，t2/)3根據(jù)洛侖茲變換：對車站(S系)觀測者，測得兩閃電同時(shí)擊中:t2=t1，則因?yàn)閡≠0,(x2-x1)≠0，在火車(S′系)上的觀測者測得兩閃電不是同時(shí)擊中的．當(dāng)u＞0,(x2-x1)＞0，則有(t/2-t/1)＜0，火車上觀測，先擊中車頭，后擊中車尾．當(dāng)u＜0，(x2-x1)＞0，則有(t/2–t/1)＞0，火車上觀測，先擊中車尾，后擊中車頭．參考系不同，兩事件先后時(shí)序一般不同．4三、長度的相對性

在不同慣性系中，對同一個(gè)物體長度進(jìn)行測量，測得的物體長度之間的關(guān)系1.物體長度測量物體相對坐標(biāo)系靜止時(shí)0x1x2xl=｜x2-x1｜若物體是運(yùn)動的對運(yùn)動物體兩端坐標(biāo)要同時(shí)測量，兩端坐標(biāo)之差就是物體長度。測得的它的長度稱靜止長度或固有長度0/x/1x/2x/0x1x2xy/S/ySu運(yùn)動長度（測量長度）5S/系中直棒的靜止長度S系的觀察者測得運(yùn)動棒的長度由洛侖茲變換有S系測量時(shí)，必須有t1=t26說明:(1)l＜l0

，物體在運(yùn)動方向上的長度縮短了.稱為洛侖茲收縮因子與運(yùn)動垂直的方向并不發(fā)生長度收縮．(2)物體長度的比較在一定意義上是相對的0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su在S中的觀察者測量0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su在S'中的觀察者測量7(3)長度的收縮是普遍的時(shí)空性質(zhì)，與物體的具體性質(zhì)(如什么材料、結(jié)構(gòu)等等)無關(guān)．(4)特別要注意的是，長度收縮是測量的結(jié)果，不要錯誤地說成是某人眼睛看見的結(jié)果．觀看與測量的圖像不是一回事．8二.時(shí)間間隔的相對性

在不同慣性系中，觀測同一個(gè)物理過程(或兩個(gè)事件)所經(jīng)歷的時(shí)間之間的關(guān)系。S／系中，兩個(gè)事件為(x1／,t1／)和(x2／,t2／)

若x1/=x2/時(shí)，測得的同地發(fā)生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔Δt′，稱為本征(固有)時(shí)間Δt/=t2/－t1/x1/t1/S/t2/S系中，兩個(gè)事件是(x1,t1)，(x2,t2)9t1x1Sx2ux1/t1/S/ut2/S/x1/t2t2S系中x1和x2是兩個(gè)同步時(shí)鐘（兩校準(zhǔn)的鐘）讀數(shù):Δt

=t2－t1根據(jù)洛侖茲變換10Δt′固有時(shí)間說明(1)

>1,

t>

t/，表示時(shí)間膨脹了g稱為時(shí)間延緩因子運(yùn)動的鐘和靜止的鐘結(jié)構(gòu)是完全一樣的。(3)時(shí)間膨脹效應(yīng)是一種普遍的時(shí)空屬性，與過程的具體性質(zhì)和作用機(jī)制無關(guān)．(4)時(shí)間延緩早已被高能粒子的許多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。11例:在實(shí)驗(yàn)室測量以0.9100c高速飛行的

介子經(jīng)過的直線路徑是17.135m，介子固有壽命值是(2.603

0.002)

10-8s．試從時(shí)間膨脹效應(yīng)和長度收縮效應(yīng)說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對論理論符合程度。解從時(shí)間膨脹效應(yīng)說明如下：

介子實(shí)驗(yàn)室飛行壽命(運(yùn)動時(shí))為=6.218×10-8s時(shí)間延緩因子

介子固有壽命的相對論理論預(yù)言值為=2.604×10-8s理論值與實(shí)驗(yàn)值相差0.001×10-8s．12

從長度收縮效應(yīng)說明如下：

介子自身的慣性系中，固有壽命

0，實(shí)驗(yàn)室以0.9100c相對

介子自身的慣性系運(yùn)動．實(shí)驗(yàn)室飛過的平均距離是

l=0.9100c×

0≈7.101m．實(shí)驗(yàn)室測得的飛行距離是相對實(shí)驗(yàn)室靜止的長度，為固有長度，理論值為

l0=

l

=2.412×7.101=17.128m

與實(shí)驗(yàn)值比較相差0.007m,在實(shí)驗(yàn)誤差范圍之內(nèi),理論和實(shí)驗(yàn)符合13例:一靜止長度為l0的火箭以恒定速度u相對參照系S運(yùn)動，如圖．從火箭頭部A發(fā)出一光信號，問光信號從A到火箭尾部B須經(jīng)多長時(shí)間?(1)對火箭上的觀測者；(2)對S系中的觀測者．解(1)以火箭為參考系

A到B的距離等于火箭的靜止長度，所需時(shí)間為(2)對S系中的觀測者，測得火箭的長度為14光信號也是以c傳播．設(shè)從A到B的時(shí)間為t，在此時(shí)間內(nèi)火箭的尾部B向前推進(jìn)了ut的距離，所以有解得15四.因果關(guān)系

有因果關(guān)系的兩事件，發(fā)生的先后次序(因果性)是絕對的，在所有慣性系都成立.無因果關(guān)系的兩事件——時(shí)序可能顛倒有因果關(guān)系的兩事件——時(shí)序不可能顛倒慣性系S中：有因果關(guān)系的兩事件

Dt=t2-t1>0，慣性系S/中:16有因果關(guān)系的兩事件，必須通過某種物質(zhì)或信息相聯(lián)系，則uS≤ct/與t同號但是,無因果的兩個(gè)事件發(fā)生的先后次序在不同慣性系可能顛倒。因?yàn)闊o信息聯(lián)系,us可取任意值17謝謝觀看！祝大家學(xué)業(yè)有成！7、忌妒別人，不會給自己增加任何的好處。忌妒別人，也不可能減少別人的成就。19、只要擁有無限的熱情，一個(gè)人幾乎可以在任何事情上取得成功。2、上帝給你一個(gè)比別人低的起點(diǎn)，就是要讓你用你的一生去譜寫出一個(gè)絕地反擊的故事。3、每一個(gè)成功者都有一個(gè)開始。勇于開始，才能找到成功的路。16、初戀是美術(shù)，熱戀是技術(shù)，結(jié)婚是藝術(shù)，離婚是手術(shù)。5、不要對挫折嘆氣，姑且把這一切看成是在你成大事之前，必須經(jīng)受的準(zhǔn)備工作。18、牢牢地把握今天，創(chuàng)造美好明天。4、在無路的旅途上奔跑，將流光拋至身后。11、積極者相信只有推動自己才能推動世界，只要推動自己就能推動世