大學(xué)物理課件狹義相對(duì)論基礎(chǔ)（ 精品）

1、 第四章 狹義相對(duì)論根底(2)狹義相對(duì)論的時(shí)空觀： 時(shí)空對(duì)稱性；同時(shí)相對(duì)性，長(zhǎng)度收縮，時(shí)間膨脹。4-4 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀1.同時(shí)的相對(duì)性 兩個(gè)事件在慣性系S中觀察是同時(shí)發(fā)生的，而在另一個(gè)慣性系S 觀察時(shí)可能不是同時(shí)的。 這就是狹義相對(duì)論的同時(shí)相對(duì)性。同時(shí)的相對(duì)性同時(shí)的相對(duì)性Never！ 這種情況下，同時(shí)性是絕對(duì)的。 問：兩個(gè)在同一地點(diǎn)并同時(shí)發(fā)生的事件，相對(duì)另一個(gè)參考系可能會(huì)不同時(shí)嗎?長(zhǎng)度測(cè)量的根本要求?相同時(shí)刻測(cè)量！2. 長(zhǎng)度縮短長(zhǎng)度縮短洛侖茲變換： 在 系，棒長(zhǎng)為兩坐標(biāo)的差(棒靜止在其中): 在 S 系中的觀測(cè)者同時(shí)刻測(cè)量?jī)啥?長(zhǎng)度縮短結(jié)論： 從相對(duì)某物體運(yùn)動(dòng)的參考系中所測(cè)得的沿速度方向的

2、物體長(zhǎng)度，總比相對(duì)該物體靜止的參考系中測(cè)得的長(zhǎng)度(稱為固有長(zhǎng)度,或稱靜長(zhǎng))為短。相對(duì)論“尺縮效應(yīng)是物體變真的縮短 ?長(zhǎng)度縮短假設(shè)S 以速度u 相對(duì)于S 運(yùn)動(dòng)，時(shí)間變換關(guān)系為：設(shè)在S系中某一固定坐標(biāo)處，一個(gè)事件發(fā)生的開始與終結(jié)時(shí)間間隔為：而在S系對(duì)應(yīng)的間隔為： 3.時(shí)間膨脹時(shí)間的膨脹說明：1同一地點(diǎn)測(cè)得的時(shí)間間隔稱為固有時(shí)間, 簡(jiǎn)稱原時(shí)。固有時(shí)間最短，運(yùn)動(dòng)使時(shí)鐘變慢。(相對(duì)靜止的參照系中測(cè)得 原時(shí) )2 運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢在粒子物理學(xué)中有大量的、 真實(shí)的實(shí)驗(yàn)證明。時(shí)間的膨脹解釋：愛因斯坦的“光鐘實(shí)驗(yàn)狹義相對(duì)論的時(shí)空觀 小結(jié)同時(shí)的相對(duì)性長(zhǎng)度收縮時(shí)間膨脹4.兩種時(shí)空觀對(duì)照經(jīng)典時(shí)空觀：相對(duì)論時(shí)空觀：空間是絕

3、對(duì)的，時(shí)間是絕對(duì)的，空間、時(shí)間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)三者沒有聯(lián)系。a. 時(shí)空之間有著密切聯(lián)系，時(shí)空與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng) 也不可分割。b. 不同慣性系各有自己的時(shí)間坐標(biāo)，并相互 發(fā)現(xiàn)對(duì)方的鐘走慢了。兩種時(shí)空觀對(duì)照c. 不同慣性系各有自己的空間坐標(biāo)，并相互發(fā)現(xiàn) 對(duì)方的“尺縮短了。兩種時(shí)空觀對(duì)照d. 光在任何慣性系中傳播速度都等于 c ，并且是 任何物體運(yùn)動(dòng)速度的最高極限。e. 在一個(gè)慣性系中同時(shí)發(fā)生的兩事件，在其它的 慣性系中可能是不同時(shí)發(fā)生的。 A 例4-2：宇宙飛船相對(duì)于地面以速度 v 作勻速直線飛行，某一時(shí)刻飛船頭部的宇航員向飛船尾部發(fā)出一個(gè)光訊號(hào)，經(jīng)過 t飛船上的鐘時(shí)間后，被尾部的接收器收到. 那么由此可知飛

4、船的固有長(zhǎng)度為：例4-3：一短跑運(yùn)發(fā)動(dòng)在地球上以10s 的時(shí)間跑完了100m。在沿短跑飛行速度為0.8c的飛船中的觀察者來看，這運(yùn)發(fā)動(dòng)跑了多長(zhǎng)時(shí)間和多長(zhǎng)距離？解：S系地球上運(yùn)發(fā)動(dòng)的時(shí)空改變?yōu)?x=100m， t=10s；S系(飛船)相對(duì)于地球的速度為：u=0.8c.由洛侖茲變換可知，4-5 狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué) 根底 1. 相對(duì)論力學(xué)的根本方程 牛頓力學(xué)中，動(dòng)量a. 在洛侖茲變換下保持不變;b.在 時(shí)，還原牛頓力學(xué)形式。m ：不隨物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而改變的恒量。 在相對(duì)論中，動(dòng)量必須滿足以下兩個(gè)條件：10P相對(duì)論性質(zhì)量：靜止質(zhì)量由此，可以有如下的動(dòng)量形式：01相對(duì)論力學(xué)的根本方程討論：b.當(dāng) 時(shí)， ，

5、所以，隨著力增加, 速度不會(huì)永遠(yuǎn)增加； c. 當(dāng) 時(shí)， 必須 ， 所以，以光速運(yùn)動(dòng)的物體沒有靜止質(zhì)量, 即 “光子的靜止質(zhì)量為零” 相對(duì)論力學(xué)根本方程：a.在 時(shí)， ， 相對(duì)論力學(xué)的根本方程4.6 質(zhì)量與能量的關(guān)系1相對(duì)論動(dòng)能: 設(shè)質(zhì)點(diǎn)在變力作用下, 由靜止開始沿著x 軸作一維運(yùn)動(dòng)。根據(jù)動(dòng)能定律：相對(duì)論動(dòng)能 相對(duì)論動(dòng)能 相對(duì)論動(dòng)能 上式說明：質(zhì)點(diǎn)以速率 v 運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的總能量 mc2 與質(zhì)點(diǎn)靜止時(shí)所具有的能量 m0c2 之差，等于質(zhì)點(diǎn)相對(duì)論性的動(dòng)能。(2) 相對(duì)論總能量： 在 的條件下，相對(duì)論 回到了牛頓力學(xué)動(dòng)能形式：相對(duì)論動(dòng)能 幾點(diǎn)討論： b. 物體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，物體也蘊(yùn)涵著相當(dāng)可觀的 靜能量。 a. 相對(duì)論中的質(zhì)量不僅是慣性的量度，而且還是 總能量的量度。c. 如果一個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量發(fā)生變化， 必有相應(yīng)的能量變化。 d. 對(duì)一個(gè)孤立系統(tǒng)而言，總能量守恒，總質(zhì)量也守恒。相對(duì)論總能量E動(dòng)量與能量的關(guān)系物理上：從時(shí)-空對(duì)稱性得到動(dòng)量-能量對(duì)稱性可從(3)式可以直接推導(dǎo)出(1)式。對(duì)于以光速運(yùn)動(dòng)的物體：光子動(dòng)量與能量的關(guān)系例題4-4 原子核的結(jié)合能。質(zhì)子和中子的質(zhì)量分 別為: 兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成一氦核 ，實(shí)驗(yàn)測(cè)得它的質(zhì)量為MA=4.0001 50u，試計(jì)算形成一個(gè)氦核時(shí)放出的能量。(1u=1.66010-27 kg)解: 氦