第章狹義相對(duì)論力學(xué)改

第十一章

狹義相對(duì)論愛因斯坦（A.Einstein，1879-1955）1905《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》現(xiàn)代時(shí)空的創(chuàng)始人11-1狹義相對(duì)論的基本原理一、伽利略變換經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀伽利略坐標(biāo)變換根據(jù)伽利略變換，我們可得出牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，也稱之為經(jīng)典時(shí)空觀在S系內(nèi)，米尺的長(zhǎng)度為利用伽利略變換式得結(jié)論：空間任意兩點(diǎn)之間的距離對(duì)于任何的慣性系而言都是相等的，與慣性系的選擇或觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，長(zhǎng)度是“絕對(duì)的”，或稱之為“絕對(duì)空間”物體的坐標(biāo)和速度、“同一地點(diǎn)”是相對(duì)的時(shí)間、長(zhǎng)度、質(zhì)量、“同時(shí)性”和力學(xué)定律的形式是絕對(duì)的伽利略速度變換和加速度變換狹義相對(duì)論產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和歷史條件邁克耳遜-莫雷實(shí)驗(yàn)：零結(jié)果課后查找和閱讀有關(guān)材料：三、狹義相對(duì)論基本原理1.狹義相對(duì)性原理物理規(guī)律在所有的慣性系中都有相同的數(shù)學(xué)形式。2.光速不變?cè)碓谒袘T性系中，光在真空中的速率恒為c

1.

Einstein的相對(duì)性理論是Newton理論的發(fā)展討論一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律2.光速不變與伽利略變換3.觀念上的變革牛頓力學(xué)時(shí)間標(biāo)度長(zhǎng)度標(biāo)度質(zhì)量的測(cè)量與參考系無(wú)關(guān)速度與參考系有關(guān)(相對(duì)性)狹義相對(duì)論力學(xué)長(zhǎng)度時(shí)間質(zhì)量與參考系有關(guān)光速不變(相對(duì)性)11-2洛倫茲變換一、洛侖茲坐標(biāo)變換尋找重合兩個(gè)參考系相應(yīng)的坐標(biāo)值之間的關(guān)系時(shí)空變換關(guān)系正變換逆變換對(duì)于洛侖茲變換的說(shuō)明：1、在狹義相對(duì)論中，洛侖茲變換占據(jù)中心地位；2、洛侖茲變換是同一事件在不同慣性系中兩組時(shí)空坐標(biāo)之間的變換方程；3、相對(duì)論將時(shí)間和空間，及它們與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)不可分割地聯(lián)系起來(lái)了。4、時(shí)間和空間的坐標(biāo)都是實(shí)數(shù)，變換式中不應(yīng)該出現(xiàn)虛數(shù)5、洛侖茲變換與伽利略變換本質(zhì)不同，但是在低速和宏觀世界范圍內(nèi)洛侖茲變換可以還原為伽利略變換。例：一短跑選手，在地球上以10s的時(shí)間跑完100m，在飛行速率為0.98c的飛船中觀測(cè)者看來(lái)，這個(gè)選手跑了多長(zhǎng)時(shí)間和多長(zhǎng)距離（設(shè)飛船沿跑道的競(jìng)跑方向航行）？解：設(shè)地面為S系，飛船為S'系。例：在慣性系S中，相距x=5106m的兩個(gè)地方發(fā)生兩個(gè)事件，時(shí)間間隔t=10-2s；而在相對(duì)于S系沿x軸正向勻速運(yùn)動(dòng)的S'系中觀測(cè)到這兩事件卻是同時(shí)發(fā)生的，試求：S'系中發(fā)生這兩事件的地點(diǎn)間的距離x'。解：設(shè)S'系相對(duì)于S系的速度大小為u。二、患洛倫稿茲速度柏變換鬧式由洛慰侖茲執(zhí)變換遞知洛侖炭茲速堂度變魄換式逆變坦換正變決換一維脖洛侖須茲速醫(yī)度變堆換式狹義肝相對(duì)天論速度若變換起式與旅光速曾不變床原理窯是協(xié)求調(diào)一爭(zhēng)致的.設(shè)在S系內(nèi)發(fā)射光信號(hào)，信號(hào)沿方向以速率運(yùn)動(dòng),則在系中的速率例：候設(shè)想忙一飛待船以0.龜80c的速太度在箱地球斗上空汪飛行烘，如果喪這時(shí)殘從飛駝船上裳沿速弟度方鄙向發(fā)右射一頂物體揮，物送體相對(duì)帥飛船詠速度柴為0.熱90c。問(wèn)：確從地醉面上白看，觀物體挖速度錘多大負(fù)？s解：選飛煌船參暗考系妖為S'系地面布參考最系為S系一、具同時(shí)制性的胞相對(duì)僑性事件1事件2兩事點(diǎn)件同時(shí)桐發(fā)生？11怎-3狹義攏相對(duì)梅論的茂時(shí)空史觀S'Ei泄ns換te奮in窗tr士ai靈nS地面萬(wàn)參考舍系在火叨車上分別航放置修信號(hào)網(wǎng)接收殼器發(fā)一暖光信幻玉號(hào)中點(diǎn)放置召光信險(xiǎn)號(hào)發(fā)興生器實(shí)驗(yàn)裝置以愛謎因斯鄭坦火冰車為白例研究寫的問(wèn)愁題兩事及件發(fā)鏈生的揭時(shí)間完間隔發(fā)一光信號(hào)事件1接收到閃光事件2接收到閃光發(fā)出的閃光光速為同時(shí)注接收德到光談信號(hào)事件1、事件2同時(shí)發(fā)生事件1、事瞎件2不同臺(tái)時(shí)發(fā)佛生事件1先發(fā)借生處閃光光速也為系中的觀察者又如何看呢？隨運(yùn)動(dòng)迎著光比早接收到光事件1接收到閃光事件2接收到閃光同時(shí)償性的績(jī)相對(duì)助性在一悠個(gè)慣紫性系辯的不顧同地眨點(diǎn)同襲時(shí)發(fā)剖生的危兩個(gè)崇事件技，在畏另一漂個(gè)慣撈性系番是不董同時(shí)打的。由洛漫侖茲勵(lì)變換位看同纖時(shí)性劑的相墓對(duì)性1同時(shí)絨性的霸相對(duì)咐性是幻玉光速陶不變躲原理誓的直炮接結(jié)愈果2相對(duì)掩效應(yīng)3當(dāng)速煌度遠(yuǎn)燃遠(yuǎn)小潔于c時(shí)，拾兩個(gè)偵慣性液系結(jié)烘果相糾同討論二、火長(zhǎng)度拴收縮原長(zhǎng)棒相原對(duì)觀永察者對(duì)靜止奶時(shí)測(cè)威得的崖它的京長(zhǎng)度虧（也喊稱靜長(zhǎng)或固有電長(zhǎng)度）。棒靜乎止在S系中S’系測(cè)杏得棒崖的長(zhǎng)宜度值辟是什采么呢唐？長(zhǎng)度竄測(cè)量章的定宗義：對(duì)物纏體兩鞏端坐斬標(biāo)的哀同時(shí)插測(cè)量?jī)啥撕鴺?biāo)蹄之差干就是瞎物體舉長(zhǎng)度動(dòng)長(zhǎng)哨（測(cè)惹量長(zhǎng)熟度）事件1：測(cè)垃棒的莖左端事件2：測(cè)責(zé)棒的寶右端由洛肌侖茲拍變換物體逝的長(zhǎng)混度沿運(yùn)器動(dòng)方拔向收縮1、相對(duì)浩效應(yīng)討論在S中的學(xué)觀察具者在S'中的緞?dòng)^察賭者2縱向鑼效應(yīng)3在低竭速下伽利亂略變耕換在兩厭參考叉系內(nèi)去測(cè)量茫的縱寺向的邪長(zhǎng)度推是一渠樣的喜。例：唯原長(zhǎng)惡為10膚m的飛找船以u(píng)＝3×李103m/航s的速導(dǎo)率相領(lǐng)對(duì)于討地面濾勻速化飛行午時(shí)，汪從地畜面上咳測(cè)量半，它停的長(zhǎng)肺度是藝多少兩？解：差別沫很難聚測(cè)出奧。三、岔時(shí)間肯延緩在某煩系中雀，同鎖一地透點(diǎn)先毒后發(fā)蓮生的啄兩個(gè)舒事件孫的時(shí)麗間間佩隔(同一誤只鐘構(gòu)測(cè)量)，與晶另一種系中粉，在征兩個(gè)有地點(diǎn)狠的這泳兩個(gè)撫事件抹的時(shí)葛間間倉(cāng)隔(兩只適鐘分鍵別測(cè)頃量)的關(guān)命系。研究輩的問(wèn)旁題是嬌：固有勻時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí)間一個(gè)物理過(guò)程用相對(duì)于它靜止的慣性系上的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘測(cè)量到的時(shí)間（原時(shí)）。用表示。一個(gè)脹物理哲過(guò)程始用相旨對(duì)于夏它運(yùn)動(dòng)逼的慣觸性系上的填標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)時(shí)鐘公測(cè)量廟到的樣時(shí)間閃（兩地哪時(shí)）。用t表示診。(觀測(cè)北時(shí)間)原時(shí)妖最短泥，動(dòng)攝鐘變雞慢運(yùn)動(dòng)時(shí)間時(shí)間凳膨脹門了，即S系觀自測(cè)時(shí)面，過(guò)瞧程變趁慢了拳。例、欺一飛毅船以3×息103m/皺s的速播率相煤對(duì)于蘿地面睡勻速興飛行訊。飛送船上做的鐘稱走了10s,地面參上的治鐘經(jīng)母過(guò)了氧多少唐時(shí)間豎？解：飛船桌的時(shí)裳間膨宋脹效雖應(yīng)實(shí)咸際上層很難刑測(cè)出由因簡(jiǎn)果律牛聯(lián)系雜的兩襲事件廊的時(shí)鴿序是半否會(huì)檔顛倒趣？四、女因果逮關(guān)系時(shí)序:兩個(gè)傷事件液發(fā)生植的時(shí)遠(yuǎn)間順啊序。在S'中：噴是否擁能發(fā)窄生先捉鳥死鏡，后兆開槍還？在S中：景先開冊(cè)槍，場(chǎng)后鳥主死子彈前事件1：開槍在S中：后事件2：鳥死子彈闖速度信號(hào)坐傳遞畢速度所以描由因牧果率罪聯(lián)系爬的兩團(tuán)事件問(wèn)的時(shí)共序不麥會(huì)顛厭倒。在S'系中達(dá)：在S'系中愁：仍然澡是開網(wǎng)槍在烤前，乞鳥死單在后謊。狹義演相對(duì)少論時(shí)研空觀1、相妹對(duì)于目觀測(cè)鋼者運(yùn)役動(dòng)的夫慣性婚系沿我運(yùn)動(dòng)爹方向儲(chǔ)的長(zhǎng)獨(dú)度對(duì)般觀測(cè)掙者來(lái)冷說(shuō)收澆縮了仇。2、相庸對(duì)于牛觀測(cè)桶者運(yùn)叨動(dòng)的厭慣性掃系的層時(shí)鐘距系統(tǒng)品對(duì)測(cè)構(gòu)者來(lái)框說(shuō)變紅慢了預(yù)。3、長(zhǎng)躁度收乒縮和妹時(shí)間鄰膨脹洽效應(yīng)忌是時(shí)燈間和武空間紗的基大本屬伏性之請(qǐng)一，嘗與具戒體的姥物質(zhì)子屬性階或物洽理過(guò)孔程的橫機(jī)理眉無(wú)關(guān)綱。4、沒(méi)童有“扔絕對(duì)唇”的累時(shí)間曉、“績(jī)絕對(duì)格”的譜空間獄。長(zhǎng)寇度收描縮和未時(shí)間銜的膨般脹是福相對(duì)茅的。狹義葡相對(duì)度論時(shí)么空觀憤認(rèn)為旦：時(shí)間窩、空伸間、篩運(yùn)動(dòng)鍵三者態(tài)是不奸可分冤割地留聯(lián)系晚著；礎(chǔ)時(shí)間孟、空哈間的鮮度量舒是相時(shí)對(duì)的織。不舅同的缸慣性馳系沒(méi)片有共坡同的葛同時(shí)固性，汪沒(méi)有刑相同拔的時(shí)劈燕間、炕空間免度量艷。狹統(tǒng)義相掛對(duì)論苗時(shí)空餅觀反緒映在招洛侖德茲變戀換之祥中。例：雕宇宙面射線救進(jìn)入降大氣春層時(shí)雷，會(huì)效形成澤豐富早的μ子。并以0.鋼99擺5c的速釋率飛置向地訪面。已知替實(shí)驗(yàn)毅室中μ子（鹽靜止喘）的慕平均員壽命省為設(shè)大六氣層碧厚度福為60專00手m，試問(wèn)μ子能否蹲在衰觸變前烈到達(dá)袖地面喬？設(shè)地為S系、μ子為Sˊ系。則解法音二捆：見工書解法棗一對(duì)Sˊ爆系對(duì)S系高速沸運(yùn)動(dòng)塵時(shí)動(dòng)鮮力學(xué)更概念震如何戚？基本困出發(fā)溫點(diǎn)：1、力學(xué)罪定律食在洛淺侖茲攔變換趙下形塊式不慈變；2、低速遇時(shí)轉(zhuǎn)賭化成洲相應(yīng)理的經(jīng)執(zhí)典力扁學(xué)形榴式。11皇-4狹義湖相對(duì)踐論動(dòng)甜力學(xué)元基礎(chǔ)一、偽質(zhì)量蚊與速養(yǎng)度的籮關(guān)系1.力與論動(dòng)量2.質(zhì)量炮的表馬達(dá)式雷猜想躲形式肌？力持續(xù)作用動(dòng)量持續(xù)增大但u的上頁(yè)限是c要求羨：m隨速裳率增帽大而微增大合理合理m二、收狹義慚相對(duì)牽論動(dòng)曲力學(xué)舅的基礦本方痰程恒力墾作用葛下，駁不會(huì)秋有恒件定的搜加速多度。三、盜相駝對(duì)論傭動(dòng)能動(dòng)能廊定理汪應(yīng)該際是合遷理的設(shè)質(zhì)秤點(diǎn)從盈靜止捆，通允過(guò)力煌作功閑，使膀動(dòng)能哨增加善。相對(duì)閥論動(dòng)能兩邊證求微致分:由(1份)、(2勝)式得1)合理栗否？2)與經(jīng)艘典動(dòng)窯能形子式完旦全不導(dǎo)同若電悔子速書度為討論說(shuō)明鎮(zhèn)將一普個(gè)靜急質(zhì)量嚼不等完于零怠的粒枕子加旋速到山光速跟須作無(wú)窮孫大的搬功.或者立說(shuō)實(shí)量物粒洪子速平度有詠一極峽限速悶度c.四、溪質(zhì)能求關(guān)系愛因鍛斯坦成質(zhì)能節(jié)關(guān)系物體峽相對(duì)免論總雹能量物體禁相對(duì)府論靜問(wèn)止能奔量物體久相對(duì)逢論動(dòng)陰能稱為靜質(zhì)量稱為總質(zhì)量而將稱為動(dòng)質(zhì)量相對(duì)籮論質(zhì)天量是貨能量盼的量餅度物質(zhì)從具有弱質(zhì)量偉，必棗然同認(rèn)時(shí)具另有相圍應(yīng)的黎能量擇；如求果質(zhì)親量發(fā)拒生變祥化，鴉則能迫量也卷伴隨流發(fā)生俯相應(yīng)劈燕的變界化，貨反之津，如持果物影體的喝能量煌發(fā)生程變化酬，那毛么它碑的質(zhì)份量一牌定會(huì)嫩發(fā)生傲相應(yīng)蓮的變葛化。說(shuō)明敬：1)靜止授能量舅實(shí)際刃上是莫物體魚的總曲內(nèi)能--頌-分子認(rèn)的動(dòng)曾能、此勢(shì)能是、原抹子的仆電磁啄能、辱質(zhì)子扮中子的心結(jié)合讓能等好。靜娘止能財(cái)量是若相當(dāng)僅可觀何的。2)質(zhì)能胃相互魂依存留，且請(qǐng)同增濤減3)盡管抬質(zhì)能好互相欠依存慕，但緒在一顛個(gè)弧削立系揉統(tǒng)內(nèi)稍總能量紙和總烤質(zhì)量桐分別僚守恒仆（不仔是僅史僅靜板質(zhì)量茶守恒奏）質(zhì)能愁守恒沈定律在一忍個(gè)孤吩立系愛統(tǒng)內(nèi)捐，所舟有粒袋子的謝相對(duì)箏論動(dòng)斜能與房誠(chéng)靜能耀之和省在相腎互作疫用過(guò)圈程中巷保持乎不變答。