相對論2自動保存

1

真空中的光速是常量，沿各個方向都等于c

，與光源或觀測者的運動狀態(tài)無關(guān).1

相對性原理

物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達形式.2

光速不變原理狹義相對論的基本原理2正變換逆變換洛倫茲坐標變換式已知:求:已知:求:3正變換逆變換洛侖茲坐標間隔變換已知:求:已知:求:4注意1）

時,轉(zhuǎn)換為伽利略變換式.

2)時間(t)與空間(x)有關(guān),

三維空間和一維時間彼此相互聯(lián)系

3)時間(t)與速度(u)有關(guān)，不是獨立于運動之外時間.4)若

u>c,洛倫茲變換無意義光速是一切物質(zhì)運動速度(包括相互作用傳播速度)的最大極限!5在狹義相對論中運動學(xué)問題的思路如下：1.確定兩個做相對運動的慣性參照系；2.確定所討論的兩個事件；3.分別在兩個參照系中表示兩個事件的時空坐標或其時空間隔；4.用洛侖茲變換討論。有些情況很難判斷哪一個是原長，哪一個是原時，這時可根據(jù)洛侖茲變換公式來計算?。ó惖兀┩瑫r性的相對性運動的時鐘變慢運動的尺子縮短愛因斯坦時空觀小結(jié):原時一定是在某坐標系中同一地點發(fā)生的兩個事件的時間間隔；原時最短注意原長一定是物體相對某參照系靜止時兩端的空間間隔。原長最長。71

一短跑選手，在地球上以10s的時間跑完100m.在飛行速度為0.98c

的飛船中的觀測者來看，(1)跑道有多長?(2)這選手跑了多長時間和多長距離？

解(1)直接用長度縮短公式

(2)？8(2)

起跑是一個事件，到終點是另一個事件，這是在不同地點發(fā)生的兩個事件．事件1事件2時間間隔測得長度解9與時間膨脹公式得到相同的結(jié)果，原因:

這一條件不是任何時候都能滿足的！但在地球這一有限空間內(nèi)，是可以滿足的，雖然這兩事件并不同地，但可近似地套用時間膨脹公式.10空間間隔是負的.

即S

中看來，人是向后退(如在火車上看騎車人)

S·

·x1

x2

·

·x

2

x

1S

u

11

2.一艘宇宙飛船的船身固有長度為L0=90m，相對與地面以u=0.8c的勻速率在一觀測站的上空飛過。問:(1)觀測站測得飛船通過觀測站的時間間隔是多少?(2)宇航員測得船身通過觀測站的時間間隔是多少?12.

例3:靜止的介子的平均壽命為2×10-6s,今在8km高空，介子的速度為0.998c,試從兩個角度論證子有無可能到達地面。用經(jīng)典時空觀

介子所走路程還沒到達地面，就已經(jīng)衰變了。

例3:靜止的介子的平均壽命為2×10-6s,今在8km高空，介子的速度為0.998c,試從兩個角度論證子有無可能到達地面。

介子（S’系）地面參考系S事件1出生事件2死亡時間間隔壽命距離間隔解法1:

所以，有可能到達地面。16

所以，有可能到達地面。解法2:地面參考系中粒子壽命變長所以，有可能到達地面。解法3:粒子參考系中,粒子落地的飛行時間至少需要,當時有因果關(guān)系的事件，因果關(guān)系不因坐標系變化而改變。無因果關(guān)系的事件無所謂誰先誰后。超光速信號違反因果率。注意：這時兩個時空點是用“信號”連接，因此x2-x1=v(t2-t1),v為傳遞速度，一定是小于光速的！19時序:兩個事件發(fā)生的時間順序。在S中：先開槍，后鳥死是否能發(fā)生先鳥死，后開槍？在S’中：由因果律聯(lián)系的兩事件的時序是不會顛倒的在S中：在S’中事件2子彈v事件1開槍鳥死204一列高速火車通過一個靜長與其相等的隧道，地面上的觀察者發(fā)現(xiàn)車頭將出洞時在隧道入口和出口同時出現(xiàn)雷擊，列車能否躲過雷擊？解：地面人認為:車長縮短,不會被雷擊列車人認為:隧道縮短,會被雷擊???對事實的描述可以是相對，但事實的結(jié)果是絕對的。

BA

BA地面觀察者:

BA列車運動長度<隧道靜止長度能躲過雷擊!同時異地事件列車上觀察者BA火車上的人員看到隧道短于火車自身的長度.車頭到達A端與地面打雷為不同時兩個事件

AB地面遇雷擊時火車尾前進的距離:BAB端受到雷擊時火車的尾部已在隧道中了.尾部能躲過雷擊!火車上看到車頭到達A端與地面打雷的時間間隔:24結(jié)論:1.不同參考系,對運動過程的(時空)描述不同,是相對的.對列車:雷擊不同時！出口雷擊在先,此時車頭仍在隧道內(nèi);而入口雷擊較遲,此時車尾又已進洞內(nèi).2.事實的結(jié)論是一致的.是絕對的!對地:雷擊是同時異地事件,列車長度<隧道靜止長度能躲過雷擊!所以也能躲過雷擊!25一、速度的定義同一參考系中坐標對時間的變化率S系：S'系：26

洛倫茲速度變換式正變換逆變換271、當v=c時，得v=c與光速不變原理一致。2、當v<c時，得v<c不可能通過參考系變換實現(xiàn)超光速！討論

光速在任何慣性系中均為同一常量.283.對u<<c，vx<<c情況

伽里略速度變換【例】追光實驗SS'uc火車v'=c建立相對論的動力學(xué)：符合對應(yīng)原理盡量保持基本的守恒定律邏輯上的自洽力學(xué)量重新定義的準則：30力與動量

質(zhì)量的表達由力的定義式有：持續(xù)作用持續(xù)但的上限是cm隨速率增大而增大與牛力形式相同所以質(zhì)量必須是的形式31實驗證明1）合理性（速度愈高質(zhì)量值愈大）2）特殊情況下可理論證明(1)相對論質(zhì)量靜止質(zhì)量m0:物體相對于慣性系靜止時的質(zhì)量.m0m12340.20.41.000.60.8vc3）質(zhì)量具有相對意義.32,可以認為質(zhì)點的質(zhì)量是一個常量,牛頓力學(xué)仍然適用.4).當時(1)相對論動量當時33狹義相對論力學(xué)的基本方程1)當時變?yōu)榕ｎD第二定律.即2)當時,不變34相對論動能（是一個全新的形式）推導(dǎo)的基本出發(fā)是動能定理（因為力作功改變能量這是合理的）令質(zhì)點從靜止開始力所做的功就是動能表達式

推導(dǎo)：35由有兩邊微分，得36由動能定理太不熟悉了37討論2）當v<<c時，可以證明1）與經(jīng)典動能形式完全不同若電子速度為強刺激：相對論粒子動能是：牛頓粒子動能是：38相對論能量運動時的能量靜止時的能量任何宏觀靜止的物體都具有能量靜能包括：內(nèi)部各結(jié)構(gòu)層次的粒子的動能及相互作用能總能量39相對論質(zhì)能關(guān)系

質(zhì)能關(guān)系指出：物質(zhì)的質(zhì)量和能量之間有密切的聯(lián)系.

相對論能量和質(zhì)量守恒是一個統(tǒng)一的物理規(guī)律.

慣性質(zhì)量的增加和能量的增加相聯(lián)系，能量的改變必然導(dǎo)致質(zhì)量的相應(yīng)變化，這是相對論的又一極其重要的推論.

40

相對論的質(zhì)能關(guān)系為開創(chuàng)原子能時代提供了理論基礎(chǔ),這是一個具有劃時代意義的理論公式.41質(zhì)能公式在原子核裂變和聚變中的應(yīng)用質(zhì)量虧損原子質(zhì)量單位放出的能量1

核裂變1g

鈾—235的原子裂變釋放的能量42原子彈爆炸（核裂變）432

輕核聚變釋放能量質(zhì)量虧損

輕核聚變條件溫度達到時，使具有的動能，足以克服兩之間的庫侖排斥力.氘核氦核441967年6月17日，中國第一顆氫彈爆炸成功45

例1

設(shè)一質(zhì)子以速度運動.求其總能量、動能和動量.

解質(zhì)子的靜能46動量與能量的關(guān)系極端相對論近似47光子粒子的相互作用動量守恒能量守恒1.理解狹義相對論的兩條基本原理和洛侖茲變換;4.掌握質(zhì)速關(guān)系，質(zhì)能關(guān)系，相對論動能和動量，計算有關(guān)的簡單問題.2.理解狹義相對論的時空觀和經(jīng)典時空觀的差異;3.會計算有關(guān)長度收縮、時間膨脹、同時相對性及用洛倫茲坐標變換進行時空變化。教學(xué)要求狹義相對論相對性原理兩個基本假設(shè)光速不變原理運動學(xué)動力學(xué)洛倫茲時空變換洛倫茲速度變換兩個事件的時空間隔在兩個參考系中的結(jié)果的計算異地同時相對性時間膨脹長度收縮知識點框圖特例50相對論質(zhì)量：相對論動量：相對論能量：相對論動能：相對論三角關(guān)系：動力學(xué)討論題1.同時的相對性的含義是什么？為什么會有這種相對性？如果光速是無限大，是否還有同時性的相對性?答：如果光速是無限大，就不存在同時性的相對性了。當c是無限大則Δt

=Δt，說明在不同慣性系中有相同的同時性概念。2．一物體在S′系中的速度為v′，S′系相對于S系的速度為u，v′和u沿同一方向。試問：為什么不能把v′和u直接相加求得該物體在S系中的速度？怎樣才能相加？解：題中所說物體在S’系中的速度v’，是用S

系的鐘和尺量度的值，S

系相對于S系的速度u，是用S系的鐘和尺量度的值。在經(jīng)典力學(xué)中，認為S

和S兩個慣性參照系里鐘的走時和尺的長度都相同，所以v’和u是用同一標準量度的值，兩者可以直接相加.在相對論中則不然。和S兩個慣性參照系里鐘的走時和尺的長度都不再相同，所以和u是用不同標準量度的值，兩者不能直接相加，即v

+u。為了求出物體在S系中的速度，必須先把變換成用S系