狹義相對論的三個問題

1、第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 第第3章章 狹義相對論狹義相對論 基本要求：基本要求： 1. 了解絕對時空觀下的伽利略變換了解絕對時空觀下的伽利略變換 2. 理解相對時空觀下的洛倫茲變換理解相對時空觀下的洛倫茲變換 3. 掌握相對時空觀下的三個結論：掌握相對時空觀下的三個結論： （1）同時的相對性）同時的相對性 （2）時間延緩）時間延緩 （3）長度收縮）長度收縮 4. 掌握質(zhì)速關系掌握質(zhì)速關系 質(zhì)能關系質(zhì)能關系 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 第第3章章 狹義相對論狹義相對論 基本要求：

2、基本要求： 3. 掌握相對時空觀下的三個結論：掌握相對時空觀下的三個結論： （1）同時的相對性）同時的相對性 3-9題題 3-16題題 （2）時間延緩）時間延緩 3-6題題 3-8題題 3-13題題 3-15題題 （3）長度收縮）長度收縮 3-7題題 3-11題題 3-14題題 3-20題題 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 第第3章章 狹義相對論狹義相對論 （1）同時是相對的）同時是相對的 22 2 1cu x c u t t 系中事件不同時；，則得 系中事件異地；時，即當 系中事件同時；時，即當 St Sx St 即 0 0 0 .1 即

3、 0 0,0 .2 系中事件也同時。，又同地地；則得 系中事件同時時，即當 St Sxt 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 第第3章章 狹義相對論狹義相對論 （2）長度收縮）長度收縮 22 0 1cuLL 0 LL 因為 運動長度稱L固有長度稱 0 L 我們簡稱長度收縮 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 第第3章章 狹義相對論狹義相對論 （3）時間膨脹）時間膨脹 0 tt因為 運動時間稱t固有時間稱 0 t 間延緩；時鐘變慢。我們簡稱時間膨脹；時 22 0 1cu t t 第十八章狹義第十八

4、章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 作業(yè)作業(yè) P P218 218頁 頁 2222題題 P P216 216頁 頁 1616題題 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 經(jīng)典力學的相對性原理經(jīng)典力學的相對性原理 經(jīng)典力學的時空觀經(jīng)典力學的時空觀 對于任何慣性參照系對于任何慣性參照系 , 牛頓力學的規(guī)律都具有牛頓力學的規(guī)律都具有 相同的形式相同的形式 . 時間和空間的量度和參考系無關時間和空間的量度和參考系無關 , 長度和時間的長度和時間的 測量是絕對的測量是絕對的. 狹義相對論基本原理狹義相對論基本原理 愛因斯坦相對

5、性原理：物理定律在愛因斯坦相對性原理：物理定律在所有所有的慣性的慣性 系中都具有相同的表達形式系中都具有相同的表達形式 . 光速不變原理：真空中的光速是常量，它與光光速不變原理：真空中的光速是常量，它與光 源或觀察者的運動無關，即不依賴于慣性系的選擇源或觀察者的運動無關，即不依賴于慣性系的選擇. 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 3.1.3 狹義相對論的基本假設狹義相對論的基本假設 1. 歷史背景歷史背景 （1）1864年麥克斯韋電磁學理論年麥克斯韋電磁學理論 m/s103 1 8 00 c F/m1085. 8 12 0 27 0 N/A1

6、04 （2）伽利略變換下各方向的光速不恒為）伽利略變換下各方向的光速不恒為c （3）絕對靜止參考系以太）絕對靜止參考系以太 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 2. 愛因斯坦相對性原理愛因斯坦相對性原理 對于描述物理定律（包括力學定律）來說，對于描述物理定律（包括力學定律）來說， 所有的慣性參考系都是平等的，不存在特殊的所有的慣性參考系都是平等的，不存在特殊的 絕對慣性系。絕對慣性系。 3. 光速不變原理光速不變原理 在所有慣性系中，光在真空中的傳播速率都在所有慣性系中，光在真空中的傳播速率都 等于等于c?；蛘哒f，無論光源和觀察者如何運動，或者

7、說，無論光源和觀察者如何運動， 觀察者測得的光速都等于觀察者測得的光速都等于c。 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 【例【例3.6】設想做設想做“追光實驗追光實驗”，即乘一列以，即乘一列以 速度速度 u 運動的火車追趕一個向前運動的閃光。運動的火車追趕一個向前運動的閃光。 在火車上觀測，閃光的速度多大？在火車上觀測，閃光的速度多大？ 解解以火車為以火車為 S/ 系，地面為系，地面為 S 系系 在火車上觀測，閃光的速度在火車上觀測，閃光的速度 2 1 c uv u 如火車發(fā)光地面如火車發(fā)光地面 觀察呢？觀察呢？ c c uc uc 2 1 仍等

8、于光速仍等于光速c，與參考系的運動無關。與參考系的運動無關。 3-4題題 2 1 c u u c c uc uc 2 1 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 【例【例3.7】一宇宙飛船以一宇宙飛船以0.9c的速度離開地球，的速度離開地球， 在飛船上發(fā)射一枚導彈。若導彈相對飛船的速在飛船上發(fā)射一枚導彈。若導彈相對飛船的速 度也是度也是0.9c，求導彈相對地球的速度。，求導彈相對地球的速度。 解解 以地面為以地面為 S 系系 以飛船為以飛船為 S/ 系系， 則導彈相對地球的速度則導彈相對地球的速度 通過速度合成也不能超光速（自學）通過速度合成也不能

9、超光速（自學） 2 1 c u u c c cc cc 994. 0 9 . 09 . 0 1 9 . 09 . 0 2 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 3.2 洛倫茲變換洛倫茲變換 22 2 22 1 1 cu x c u t t zz yy cu utx x u/c 0，回到伽利略變換。，回到伽利略變換。 1 0 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 22 2 22 1 1 cu x c u t t zz yy cu t ux x 22 2 22 1 1 cu x c u t t zz y

10、y cu utx x 洛倫茲變換洛倫茲變換 逆變換逆變換 u u 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 22 2 22 1 1 cu x c u t t zz yy cu tux x 22 2 22 1 1 cu x c u t t zz yy cu tux x 洛倫茲變換洛倫茲變換 逆變換逆變換 u u 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 洛倫茲坐標變換式洛倫茲坐標變換式 cv 2 11 時，洛倫茲變換時，洛倫茲變換 伽利略變換。伽利略變換。 cv )(txxv yy zz )( 2 x c t

11、t v 正正 變變 換換 ) (txxv yy zz ) ( 2 x c tt v 逆逆 變變 換換 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 狹義相對論時空觀狹義相對論時空觀 同時的相對性同時的相對性 0t0 x 0t若若則則 0t0 x 0t若若則則 此結果反之亦然此結果反之亦然 . 時間延緩：時間延緩：運動的鐘走得慢運動的鐘走得慢 . 0 x若 0 2 0 1 t t t 原時最小原時最小 長度收縮：運動物體在運動方向上長度收縮長度收縮：運動物體在運動方向上長度收縮 . 0 2 0 1lll原長最大原長最大 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對

12、論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 一一 同時的相對性同時的相對性 事件事件 1 ：車廂：車廂后后壁接收器接收到光信號壁接收器接收到光信號. 事件事件 2 ：車廂：車廂前前壁接收器接收到光信號壁接收器接收到光信號. 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 2 2 1 x c t t v 0 1 2 2 x c v 0 12 ttt 0 12 xxx 同時同時 不同地不同地 事件事件 2 ),( 1111 tzyx ),( 2222 tzyx 系系 (車廂參考系車廂參考系 )S 系系 ( 地面參考系地面參考系 ) ),( 1111 tz

13、yx事件事件 1 ),( 2222 tzyx S v x y o 12 12 3 6 9 12 3 6 9 x y o 12 x y o v 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 二二 長度的收縮長度的收縮 x y o z s 標尺相對標尺相對 系靜止系靜止s 2 11 1 1 tx x v 2 22 2 1 tx x v 2 12 12 1 xx xx 12 xxl 在在 S 系中測量系中測量 測量為兩個事件測量為兩個事件),(),( 2211 txtx要求要求 21 tt 1 x 2 x

14、0 l y x v o z s 1 x 2 x 120 lxxl 在在 系中測量系中測量s 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 0 2 1lll 固有固有長度長度 當當 時時 . 1 0 ll 固有固有長度：物體相對靜止時所測得的長度長度：物體相對靜止時所測得的長度 .（最長最長） 洛倫茲收縮洛倫茲收縮: 運動運動物體在運動方向上長度物體在運動方向上長度收縮收縮 . 2 12 12 1 xx xx 120 lxxl 12 xxl 長度收縮是一種長度收縮是一種相對相對效應效應, 此結果反之亦然此結果反之亦然 . 注意注意 x y o z s 1

15、x 2 x 0 l y x v o z s 1 x 2 x 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 運運 動動 的的 鐘鐘 走走 得得 慢慢 三三 時間的延緩時間的延緩 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 s系系同一同一地點地點 B 發(fā)生兩事件發(fā)生兩事件 在在 S 系中觀測兩事件系中觀測兩事件 ),(),( 2211 txtx ), ( 2 tx ), ( 1 tx發(fā)射一光信號發(fā)射一光信號 接受一光信號接受一光信號 ) ( 2 11 c x tt v ) ( 2 22 c x tt v x y o

16、s d 12 3 6 9 12 3 6 9 1 x 2 x 12 3 6 9 y x x y v o o s s d B 12 3 6 9 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 12 tttt ) ( 2 c x tt v 0 x 2 1 t t 固有固有時間時間 ：事件所在系時鐘測得：事件所在系時鐘測得同一同一地點發(fā)生的地點發(fā)生的兩兩事事 件的時間間隔件的時間間隔 . 時間延緩時間延緩 ：運動運動的鐘走得的鐘走得慢慢 . 0 ttt固有時間固有時間 x y o s d 12 3 6 9 12 3 6 9 1 x 2 x 12 3 6 9 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 第第3章章 狹義相對論狹義相對論 3. 掌握相對時空觀下的三個結論：掌握相對時空觀下的三個結論： （1）同時的相對性）同時的相對性 3-9題題 3-16題題 22 2 1cu x c u t t 第十八章狹義第十八章狹義 相對論相對論 相對論時空下的三個問題相對論時空下的三個問題 第第3章章 狹