時間延緩長度收縮

運動時鐘變慢考察一只高速運動的時鐘方法：研究一個物理過程的時間間隔，在兩個慣性系中比較：兩個事件的時間間隔。按當?shù)冂姕y當?shù)貢r的約定，研究事件的特點：§大學物理課件第6章時間延緩長度收縮(狹義相對論的時空觀)一、時間延緩(不同系中描述關系)1在某系中(如S'系)，兩個事件先后發(fā)生在同一地點在另一系中(如S系)，這兩個事件發(fā)生在兩個地點事件1事件2時間間隔由一只鐘測出兩只鐘兩系所測時間間隔的關系？特殊條件21.原時Propertime兩地時2.原時最短時間膨脹在某一參考系中，同一地點先后發(fā)生的兩個事件之間的時間間隔叫原時，或固有時?？疾霺'中的一只鐘兩地時原時一只鐘3由洛侖茲逆變換原時最短<1>42）對同一過程，原時只有一個固有時本性時本征時例：基本粒子子的壽命=？通過高能物理實驗取得的數(shù)據(jù)是：運動速度討論物理過程化學過程生命過程從出生到死亡走過的距離1）運動時鐘變慢效應是時間本身的客觀特征,適宜一切類型的鐘5解：把

子靜止的參考系定為S'系實驗室參考系定為S系S'中是原時S中是兩地時6基本數(shù)據(jù)73）雙生子效應

twineffect20歲時，哥哥從地球出發(fā)乘飛船運行10年后再回到地球，弟兄見面的情景？哥哥測的是原時，弟弟測的是兩地時20.5歲和30歲飛船速度仙境一天，地面一年8問題：相對的加速--非慣性系，與引力場等價，時鐘變慢。廣義相對論若用到一對夫妻身上（丈夫宇航）會怎樣呢？生命在于運動20.5歲和30歲初始見面時9利用飛機進行運動時鐘變慢效應的實驗10二、長度收收縮對運動長度度的測量問問題怎么測？同時測1.原長棒靜止時測測得的它的的長度也稱靜長，，只有一一個。棒靜止在S'系中靜長11棒以極高的的速度相對對S系運動動S系測得得棒的長長度值是是什么呢呢？事件1：：測棒的的左端事件2：：測棒的的右端同時測的的條件相應的時空坐標?12事件1：測棒的左端事件2：測棒的右端2.原長最長由洛侖茲茲變換131）相對效應應2）縱向向效應a）垂直直運動方方向長度度不變（火車過過隧道））討論若均勻帶帶電為Q電量是相相對論不不變量高速運動的立方體b）運動動的棒在在與運動動方向的的夾角變變大。143）在低速下下伽利略變變換4）同時性的的相對性性的直接接結果一根尺靜靜止在S'系中S系中測測量這根根高速運運動的尺尺按約定，，同時測測尺的兩兩端A、、BAB坐標值差差由同時性性的相對對性,S'系認為，測測B端端在先先動長小于于靜長<靜長與參考系無關15尾過此點地面測的的汽車長長度也可從時時間測量量的相對對性導出出長度測測量的相相對性汽車參考考系：兩兩地時地面參考考系：原原時頭過此點汽車參考考系為S系S系中汽車車長度為為原長l0165）當當一人高高速經(jīng)過過時，你你會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)奇怪的的現(xiàn)象：：瘦、質質量大、、反映慢慢。6）長長度收縮縮符合客客觀事實實（火車是是否可避免雷擊擊）（同同時的相相對性））(1)在在地上看看（2）在在火車上上看17注意：（1）原原時一定涉及及到一只鐘指示的時時間間隔隔；或說，在在使用洛洛侖茲變變換時必必須存在在的條件件：（2）靜靜長(原原長)一定涉及及到兩個個同時發(fā)生的事事件的空空間距離離；或說，在在使用洛洛侖茲變變換時必必須存在在的條件件是：18例**已知：在在S'參考系中中有兩只只鐘A'B'與S系系中中的B鐘鐘先后相相遇。BB'與B相遇遇時，兩兩鐘均指指零。求：A'與B相遇遇時，B鐘指示示的時刻刻，A'鐘指示的的時刻19解：事件件1B'與B相遇遇事件2A'與B相遇遇由已知條條件，知知B分析：研研究的問問題中，，S系中中只涉及及一只鐘鐘，所以以S系中中的兩事事件時間間間隔是是原時；；S'系中是兩兩地時。。20A'鐘示值（原時））B的示值值（兩地時時）B21B的示值值A'鐘示值22三、時空空不變量量時空間隔隔洛侖茲不不變量四維空間間23應用1、宇宙宙飛船相相對于地地面以速速度做做勻勻速直線線運動。。某一時時刻飛船船頭部的的宇航員員向船尾尾發(fā)出一一光信號號，經(jīng)過過（（飛飛船上鐘鐘測量））時間后后，被尾尾部的接接收器收收到。由由此可知知飛船的的固有長長度為（（））（A）（（B））（C）（（D））242、有兩只對對準的鐘鐘，一只只留在地地面上，，另一只只帶到以以速率飛飛行的飛飛船上，，則（））（A）飛飛船上的的人看到到自己的的鐘比地地面上的的慢（B）地地面上的的人看到到自己的的鐘比飛飛船上的的慢（C）飛飛船上的的人覺得得自己的的鐘比原原來走慢慢了（D）地地面上的的人看到到自己的的鐘比飛飛船上的的快253、一邊邊長為的的正方形形靜止放放在坐坐標系的的平平面內，，且兩兩邊分別別與、、軸軸平行行。坐坐標系以以速率沿沿軸軸正向向相對坐坐標系運運動。從從系系的觀察察者看來來，此正正方形變變成（圖示）形形，其其對角線線長度為為12.8cm。4、和和是是兩個個平行的的慣性系系，系系相對于于系系以0.6c的的速率沿沿ox軸軸運動，，在系系中中某點發(fā)發(fā)生一事事件，系系上上測其所所經(jīng)歷的的時間為為8.0s。而而在系系上測其其所經(jīng)歷歷的時間間為10.0s.265.一宇宙飛飛船相對地球球以0.8c的速度飛行。。一光脈沖從從船尾傳到船船頭，宇宙飛飛船上的觀測測者測得飛船船長為90m.試計算地地球上的觀測測者測得光脈脈沖從船尾發(fā)發(fā)出到達船頭頭兩個事件的的空間間隔。。解：在宇宙飛船測測量在地球上測量量276、設地球上上有一人測得得一宇宙飛船船以0.6c的速率向東飛行，5.0s后，，該飛船將與與一以0.80c的速率率向西飛行的彗星相相撞。問：（1）飛船中中的人測得彗彗星將以多大大的速率想它它靠近？（2）從飛船船中的鐘看，，還有多少時時間允許它離離開？分析（1）以地球球為S，飛船船為S/，向東為正。。速度變換（2）時間延延緩把飛船初始狀狀態(tài)作為一一個事件，相相撞為第二事事件，均發(fā)生生在同一地點點：飛船。故故解28相相對論的動動力學基礎一、在相對論論中，許多量量都有相對意意義，需要重重新定義，如如：質量、動動量、能量等等。但科學家家一般偏愛守守恒定律，希希望新定義不不要破壞之。。preface291、物理量量的定義2、物理量的的變換（一個參考系系中的問題））（兩個參考系系的問題）基本要求了解三、物理量為為什么應這樣樣定義？必須滿足兩個個基本原則：：1、基本規(guī)律律在洛侖茲變變換下形式不不變動量定理（守守恒定律）動動能定理（能能量守恒）等等2、低速時回回到牛頓力學學3、能解釋或或預言某些舊舊理論不能解解決的問題。。二、動力學基基礎包括兩個個方面的內容容：30四、主要內容容1、力與動量量2、質量的表表達3、相對論論動能4、相對論論能量5、相對論的的動量能量關關系式31一、力與動量量二、質量的表表達由力的定義式式有：持續(xù)作用持續(xù)但的上限是cm隨速率增大而而增大與牛力形式相同所以質量必須須是的形式32實驗證明1、合理性（（速度愈高質質量值愈大））2、特殊情況況下可理論證證明歸根結底是實實驗證明333、由于空間間的各向同性性質量與速度方方向無關4、相對論動動量34三、相對論論動能（是一個全新的的形式）推導的基本出出發(fā)是動能定理（因為力作功功改變能量這這是合理的））令質點從靜止開開始力所所做的功就是動能表達達式推導：35由有兩邊微分，得得36由動能定理太不熟悉了37討論2）當v<<c時，可以證明明1）與經(jīng)典動動能形式完全全不同若電子速度為為強刺激：相對論粒子動能是：牛頓粒子動能是：38動能的經(jīng)典近近似的證明當利用二項式定定理：39四、相對論論能量運動時的能量靜止時的能量（一個又熟悉悉又陌生的面面孔）40他象征了人類類的智慧，他他給了人類財財富。41討論任何宏觀靜止的物體都具有能量靜能包括：內內部各結構層層次的粒子的的動能及相互互作用能。是是Lorenz協(xié)變性的的要求。是物物體內能的總總和，包括分分子運動的動動能，分子間間相互作用的的勢能；分子子內部各原子子的動能和相相互作用勢能能，以及原子子內部、原子子核內部和質質子、中子內內部各組成粒粒子間的相互互作用能量。。靜能正是其內內部運動的反反映。（成就就）1）423）反映了物物體質量和能能量的深刻聯(lián)聯(lián)系；經(jīng)典力力學中，二者者無關，如：：熱水變冷；；相對論中，，二者統(tǒng)一，，稱為質-能能守恒定律。。如：正負““電子湮滅””靜質動動質，，靜能動動能。4）物體的靜靜能遠遠大于于其動能。即即，大量能量量被“束縛””，即使化學學反應其釋放放量也微乎其其微：1千克克物體的總能能為，，而汽油和好好煤的燃燒值值分別僅為4.6*107J和2.9*107J。2）均均稱為質質能關系；43可認為相對論論質量是能量的量度高能物理中，，把能量按質質量稱呼，如說電子質量量是0.511MeV實際是電子的的靜能5）通過核分分裂、原子電電離、化學分分解使物體““質量虧損””，（使粒子系統(tǒng)的的靜質量減少少m0）可將大量靜能能釋放為動能能。反之，可可實現(xiàn)物體質質量和能量增增加?！霸幼幽軙r代”6）44例兩全同粒子以以相同的速率率相向運動，，碰后復合求：復合粒子子的速度和質質量解：設復合粒粒子質量為M速度為碰撞過程，動量守恒由能量守恒>損失的動能轉轉換成靜能－－－結合能（碰后靜止））45五、相對論的的動量能量關關系式由兩邊平方得記住這個三角角形46例若把把能量0.50*106eV給予電子子，讓其垂直直于磁場運動動，其軌跡為為半徑為2.0cm的圓圓。問（1））該磁場磁感感應強度B為為多大？（2）電子的動動質量為靜質質量的多少倍倍？解（1）由可得（2）本題不可用經(jīng)經(jīng)典方法求動動量和速度，，因為其動能能已與靜能0.512eV接近。實實際上，當時時，經(jīng)典典誤差已不可可忽略。47六、相對論論動量能量變變換**（要要求：以后會會使用）？用類比方法推推導1）由EP關系即說明是洛侖茲不變量481）由EP關系是洛侖茲不變變量2）由時空變變換是洛侖茲不變變量3）對比相應應的量有等4）類比洛洛侖茲坐標標變換得出動動量能能量變換或49等類比50附：質量與速速度關系證明明**一、相對論動動力學方程二、實驗證明明51一、狹義相相對論動力學學方程尋找微分質量關系系式得結果：52例:分析垂垂直進入均勻勻磁場中的帶帶電粒子運動動情況已知:磁感強強度為>0分析：圓周運動實驗驗證m與v關系的理論基基礎1908年德德國布歇勒做做出了質量與與速度的關系系有力地支持了了相對論53產(chǎn)生均勻磁場場的線圈---鐳源產(chǎn)生均勻電場的平行板電容器---感光底片實驗物理學家家是偉大的實驗裝置二、實驗驗證證54他山之石1、以太2、時間的定定義3、超光速運運動的可能性性4、洛倫茲變變換5、宇宙大爆爆炸學說是否否正確第6章結束559、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Saturday,December24,202210、雨中黃黃葉樹，，燈下白白頭人。。。07:31:2307:31:2307:3112/24/20227:31:23AM11、以我我獨沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2207:31:2307:31Dec-2224-Dec-2212、故人人江海海別，，幾度度隔山山川。。。07:31:2307:31:2307:31Saturday,December24,202213、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。12月-2212月-2207:31:2307:31:23December24,202214、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。24十二二月20227:31:23上上午07:31:2312月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月227:31上午午12月-2207:31December24,202216、行動出出成果，，工作出出財富。。。2022/12/247:31:2307:31:2324December202217、做前，能夠夠環(huán)視四周；；做時，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點的射線線向前。。7:31:23上午7:31上上午07:31:2312月-229、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Saturday,December24,202210、很多多事情情努力力了未未必有有結果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。07:31:2307:31:2307:3112/24/20227:31:23AM11、成成功功就就是是日日復復一一日日那那一一點點點點小小小小努努力力的的積積累累。。。。12月月-2207:31:2307:31Dec-2224-Dec-2212、世世間間成成事事，，不不求求其其絕絕對對圓圓滿滿，，留留一一份份不不足足，，可可得得無無限限完完美美。。。。07:31:2307:31:2307:31Saturday,December2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