2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：相對論

相對論

相對論洛侖茲坐標(biāo)變換和速度合成原時(shí)和原長，尺縮和時(shí)延四維時(shí)空，光椎相對論動力學(xué)洛侖茲變換：相對于，火車的速度運(yùn)動的火車中地面上看運(yùn)動的火車中總結(jié)：洛倫茲變換實(shí)質(zhì)：用S時(shí)空坐標(biāo)，求S’時(shí)空坐標(biāo)，反之亦然關(guān)鍵：二坐標(biāo)的相對速度，及坐標(biāo)表達(dá)形式注意：時(shí)空不可分割，慣性系等價(jià)單純求時(shí)空坐標(biāo)，無需區(qū)分S’和S如果涉及到原長和原時(shí)，需要區(qū)分自坐標(biāo)和它坐標(biāo)不同視角下的時(shí)空，情景模式：操場百米賽跑，時(shí)空坐標(biāo)，汽車上看百米賽跑？火車內(nèi)百米賽跑，地面上看？北京上海同時(shí)開出一列火車，飛船上看運(yùn)動方向：靜止方向：速度合成：S系速度：相對于S的速度，S的時(shí)空坐標(biāo)求解S’系速度：相對于S’的速度，S’的時(shí)空坐標(biāo)求解同一個(gè)對象的速度，在不同的坐標(biāo)系下的表現(xiàn)!若x速度為零，時(shí)延不同的觀察者感受到的速度情景模式：操場百米賽跑，速度？汽車上看，百米賽跑速度？橫看，豎看？兩粒子AB相對運(yùn)動，在A看，多長時(shí)間相撞？在B看，多長時(shí)間相撞？速度：信號！B是信號，B在A系統(tǒng)的時(shí)空坐標(biāo)，B的速度A是信號，A在B系統(tǒng)的時(shí)空坐標(biāo)，A的速度兩個(gè)關(guān)聯(lián)的視角，兩個(gè)獨(dú)立的對象，僅此而已！確定觀察對象（單個(gè)或多個(gè)時(shí)空坐標(biāo)，長度或時(shí)段），和觀察視角（觀察者），不同的坐標(biāo)！同一個(gè)觀察對象，不同的觀察者，用相對論！不同的觀察對象，不能用相對論變換！洛倫茲時(shí)空和速度變換總結(jié)：同一個(gè)對象的時(shí)空坐標(biāo)、速度，在不同的坐標(biāo)系下的表現(xiàn)!不同的觀察者感受到的時(shí)空坐標(biāo)、速度原長和原時(shí)：靜止（自坐標(biāo)S’，運(yùn)動坐標(biāo)系的內(nèi)部）的長度和時(shí)段靜止的時(shí)段（限觀察者不動，要求S’同地）靜止的長度（和S’時(shí)間無關(guān)，S’不同時(shí)不同地）運(yùn)動的長度（限同時(shí)測量）運(yùn)動的時(shí)段（S不同地不同時(shí)）S系同時(shí)S’系同地：他坐標(biāo)，自己看別人，別人看自己。：自坐標(biāo)，自己看自己看運(yùn)動的對象：地面上看火車?yán)锇l(fā)生的事情在運(yùn)動中看對象：火車?yán)锟吹孛嫔习l(fā)生的事情看靜止的對象：地面上看地面上發(fā)生的事情靜止地看對象：火車?yán)锟椿疖嚴(yán)锇l(fā)生的事情是否運(yùn)動并不能用來區(qū)分S和S’關(guān)鍵在于區(qū)分自和它！牛郎星距地球16光年，宇宙飛船0.97c，飛船上測量，多長時(shí)間抵達(dá)牛郎星？飛船掠過尺子（地球和牛郎星構(gòu)成的超長尺子）。飛船，運(yùn)動的自坐標(biāo)，同地原時(shí)，兩個(gè)時(shí)間坐標(biāo)運(yùn)動時(shí)：兩個(gè)時(shí)空坐標(biāo)，不同時(shí)不同地，尺子（宇宙）參考系，兩個(gè)空間坐標(biāo)（16光年原長），兩個(gè)時(shí)間坐標(biāo)（原長/速度），運(yùn)動時(shí)。飛船看時(shí)間，原時(shí)；尺子看時(shí)間，運(yùn)動時(shí)運(yùn)動時(shí)等于原長（可以不同時(shí)）除以速度，尺縮=時(shí)延！觀察對象：兩個(gè)事件（時(shí)空坐標(biāo)），視角：宇宙和飛船兩個(gè)時(shí)空坐標(biāo)：飛船過地球，飛船過牛郎星