相對(duì)論2自動(dòng)保存

1

真空中的光速是常量，沿各個(gè)方向都等于c

，與光源或觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān).1

相對(duì)性原理

物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達(dá)形式.2

光速不變?cè)愍M義相對(duì)論的基本原理2正變換逆變換洛倫茲坐標(biāo)變換式已知:求:已知:求:3正變換逆變換洛侖茲坐標(biāo)間隔變換已知:求:已知:求:4注意1）

時(shí),轉(zhuǎn)換為伽利略變換式.

2)時(shí)間(t)與空間(x)有關(guān),

三維空間和一維時(shí)間彼此相互聯(lián)系

3)時(shí)間(t)與速度(u)有關(guān)，不是獨(dú)立于運(yùn)動(dòng)之外時(shí)間.4)若

u>c,洛倫茲變換無意義光速是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度(包括相互作用傳播速度)的最大極限!5在狹義相對(duì)論中運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的思路如下：1.確定兩個(gè)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的慣性參照系；2.確定所討論的兩個(gè)事件；3.分別在兩個(gè)參照系中表示兩個(gè)事件的時(shí)空坐標(biāo)或其時(shí)空間隔；4.用洛侖茲變換討論。有些情況很難判斷哪一個(gè)是原長，哪一個(gè)是原時(shí)，這時(shí)可根據(jù)洛侖茲變換公式來計(jì)算?。ó惖兀┩瑫r(shí)性的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢運(yùn)動(dòng)的尺子縮短愛因斯坦時(shí)空觀小結(jié):原時(shí)一定是在某坐標(biāo)系中同一地點(diǎn)發(fā)生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔；原時(shí)最短注意原長一定是物體相對(duì)某參照系靜止時(shí)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(shí)間跑完100m.在飛行速度為0.98c

的飛船中的觀測(cè)者來看，(1)跑道有多長?(2)這選手跑了多長時(shí)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(gè)事件，到終點(diǎn)是另一個(gè)事件，這是在不同地點(diǎn)發(fā)生的兩個(gè)事件．事件1事件2時(shí)間間隔測(cè)得長度解9與時(shí)間膨脹公式得到相同的結(jié)果，原因:

這一條件不是任何時(shí)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(shí)間膨脹公式.10空間間隔是負(fù)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(duì)與地面以u(píng)=0.8c的勻速率在一觀測(cè)站的上空飛過。問:(1)觀測(cè)站測(cè)得飛船通過觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少?(2)宇航員測(cè)得船身通過觀測(cè)站的時(shí)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(gè)角度論證子有無可能到達(dá)地面。用經(jīng)典時(shí)空觀

介子所走路程還沒到達(dá)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(gè)角度論證子有無可能到達(dá)地面。

介子（S’系）地面參考系S事件1出生事件2死亡時(shí)間間隔壽命距離間隔解法1:

所以，有可能到達(dá)地面。16

所以，有可能到達(dá)地面。解法2:地面參考系中粒子壽命變長所以，有可能到達(dá)地面。解法3:粒子參考系中,粒子落地的飛行時(shí)間至少需要,當(dāng)時(shí)有因果關(guān)系的事件，因果關(guān)系不因坐標(biāo)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(hào)違反因果率。注意：這時(shí)兩個(gè)時(shí)空點(diǎn)是用“信號(hào)”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(shí)序:兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)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(shí)序是不會(huì)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(gè)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(shí)在隧道入口和出口同時(shí)出現(xiàn)雷擊，列車能否躲過雷擊？解：地面人認(rèn)為:車長縮短,不會(huì)被雷擊列車人認(rèn)為:隧道縮短,會(huì)被雷擊???對(duì)事實(shí)的描述可以是相對(duì)，但事實(shí)的結(jié)果是絕對(duì)的。

BA

BA地面觀察者:

BA列車運(yùn)動(dòng)長度<隧道靜止長度能躲過雷擊!同時(shí)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(dá)A端與地面打雷為不同時(shí)兩個(gè)事件

AB地面遇雷擊時(shí)火車尾前進(jìn)的距離:BAB端受到雷擊時(shí)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(dá)A端與地面打雷的時(shí)間間隔:24結(jié)論:1.不同參考系,對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的(時(shí)空)描述不同,是相對(duì)的.對(duì)列車:雷擊不同時(shí)！出口雷擊在先,此時(shí)車頭仍在隧道內(nèi);而入口雷擊較遲,此時(shí)車尾又已進(jìn)洞內(nèi).2.事實(shí)的結(jié)論是一致的.是絕對(duì)的!對(duì)地:雷擊是同時(shí)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(biāo)對(duì)時(shí)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(dāng)v=c時(shí)，得v=c與光速不變?cè)硪恢隆?、當(dāng)v<c時(shí)，得v<c不可能通過參考系變換實(shí)現(xiàn)超光速！討論

光速在任何慣性系中均為同一常量.283.對(duì)u<<c，vx<<c情況

伽里略速度變換【例】追光實(shí)驗(yàn)SS'uc火車v'=c建立相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)：符合對(duì)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(zhǔn)則：30力與動(dòng)量

質(zhì)量的表達(dá)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(shí)驗(yàn)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(duì)論質(zhì)量靜止質(zhì)量m0:物體相對(duì)于慣性系靜止時(shí)的質(zhì)量.m0m12340.20.41.000.60.8vc3）質(zhì)量具有相對(duì)意義.32,可以認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量是一個(gè)常量,牛頓力學(xué)仍然適用.4).當(dāng)時(shí)(1)相對(duì)論動(dòng)量當(dāng)時(shí)33狹義相對(duì)論力學(xué)的基本方程1)當(dāng)時(shí)變?yōu)榕ｎD第二定律.即2)當(dāng)時(shí),不變34相對(duì)論動(dòng)能（是一個(gè)全新的形式）推導(dǎo)的基本出發(fā)是動(dòng)能定理（因?yàn)榱ψ鞴Ω淖兡芰窟@是合理的）令質(zhì)點(diǎn)從靜止開始力所做的功就是動(dòng)能表達(dá)式

推導(dǎo)：35由有兩邊微分，得36由動(dòng)能定理太不熟悉了37討論2）當(dāng)v<<c時(shí)，可以證明1）與經(jīng)典動(dòng)能形式完全不同若電子速度為強(qiáng)刺激：相對(duì)論粒子動(dòng)能是：牛頓粒子動(dòng)能是：38相對(duì)論能量運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量靜止時(shí)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(dòng)能及相互作用能總能量39相對(duì)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(duì)論能量和質(zhì)量守恒是一個(gè)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(duì)論的又一極其重要的推論.

40

相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系為開創(chuàng)原子能時(shí)代提供了理論基礎(chǔ),這是一個(gè)具有劃時(shí)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(dá)到時(shí)，使具有的動(dòng)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(yùn)動(dòng).求其總能量、動(dòng)能和動(dòng)量.

解質(zhì)子的靜能46動(dòng)量與能量的關(guān)系極端相對(duì)論近似47光子粒子的相互作用動(dòng)量守恒能量守恒1.理解狹義相對(duì)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(duì)論動(dòng)能和動(dòng)量，計(jì)算有關(guān)的簡單問題.2.理解狹義相對(duì)論的時(shí)空觀和經(jīng)典時(shí)空觀的差異;3.會(huì)計(jì)算有關(guān)長度收縮、時(shí)間膨脹、同時(shí)相對(duì)性及用洛倫茲坐標(biāo)變換進(jìn)行時(shí)空變化。教學(xué)要求狹義相對(duì)論相對(duì)性原理兩個(gè)基本假設(shè)光速不變?cè)磉\(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)洛倫茲時(shí)空變換洛倫茲速度變換兩個(gè)事件的時(shí)空間隔在兩個(gè)參考系中的結(jié)果的計(jì)算異地同時(shí)相對(duì)性時(shí)間膨脹長度收縮知識(shí)點(diǎn)框圖特例50相對(duì)論質(zhì)量：相對(duì)論動(dòng)量：相對(duì)論能量：相對(duì)論動(dòng)能：相對(duì)論三角關(guān)系：動(dòng)力學(xué)討論題1.同時(shí)的相對(duì)性的含義是什么？為什么會(huì)有這種相對(duì)性？如果光速是無限大，是否還有同時(shí)性的相對(duì)性?答：如果光速是無限大，就不存在同時(shí)性的相對(duì)性了。當(dāng)c是無限大則Δt

=Δt，說明在不同慣性系中有相同的同時(shí)性概念。2．一物體在S′系中的速度為v′，S′系相對(duì)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(duì)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(rèn)為S

和S兩個(gè)慣性參照系里鐘的走時(shí)和尺的長度都相同，所以v’和u是用同一標(biāo)準(zhǔn)量度的值，兩者可以直接相加.在相對(duì)論中則不然。和S兩個(gè)慣性參照系里鐘的走時(shí)和尺的長度都不再相同，所以和u是用不同標(biāo)準(zhǔn)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