湖南師大附中物理競(jìng)賽輔導(dǎo)C狹義相對(duì)論時(shí)空觀課件

2020

高中物理競(jìng)賽普通物理學(xué)湖南師大附中§3.4狹義相對(duì)論時(shí)空觀一、同時(shí)的相對(duì)性愛(ài)因斯坦火車(chē)實(shí)驗(yàn)一S

Mu=0S/

M/S

Mu=0S/

M/ut車(chē)廂(S/系):閃光信號(hào)同時(shí)到達(dá)前、后門(mén)，為同時(shí)事件地面(S系):光信號(hào)先到后門(mén)、后到前門(mén)，不是同時(shí)事件2

在一個(gè)慣性系中的兩個(gè)同時(shí)事件，在另一個(gè)慣性系中觀測(cè)不是同時(shí)的，這是時(shí)空均勻性和光速不變?cè)淼囊粋€(gè)直接結(jié)果.愛(ài)因斯坦火車(chē)實(shí)驗(yàn)二yu=0

M

M/xzx1x2t1t2車(chē)站觀測(cè)者:測(cè)到兩個(gè)閃電同時(shí)分別擊中車(chē)頭和車(chē)尾.S系中時(shí)空坐標(biāo):事件1(x1，t1)，事件2(x2，t2)車(chē)站觀測(cè)者:觀測(cè)兩個(gè)閃電

S/系中時(shí)空坐標(biāo):事件1(x1/，t1/)，事件2(x2/，t2/)3根據(jù)洛侖茲變換：對(duì)車(chē)站(S系)觀測(cè)者，測(cè)得兩閃電同時(shí)擊中:t2=t1，則因?yàn)閡≠0,(x2-x1)≠0，在火車(chē)(S′系)上的觀測(cè)者測(cè)得兩閃電不是同時(shí)擊中的．當(dāng)u＞0,(x2-x1)＞0，則有(t/2-t/1)＜0，火車(chē)上觀測(cè)，先擊中車(chē)頭，后擊中車(chē)尾．當(dāng)u＜0，(x2-x1)＞0，則有(t/2–t/1)＞0，火車(chē)上觀測(cè)，先擊中車(chē)尾，后擊中車(chē)頭．參考系不同，兩事件先后時(shí)序一般不同．4三、長(zhǎng)度的相對(duì)性

在不同慣性系中，對(duì)同一個(gè)物體長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的物體長(zhǎng)度之間的關(guān)系1.物體長(zhǎng)度測(cè)量物體相對(duì)坐標(biāo)系靜止時(shí)0x1x2xl=｜x2-x1｜若物體是運(yùn)動(dòng)的對(duì)運(yùn)動(dòng)物體兩端坐標(biāo)要同時(shí)測(cè)量，兩端坐標(biāo)之差就是物體長(zhǎng)度。測(cè)得的它的長(zhǎng)度稱靜止長(zhǎng)度或固有長(zhǎng)度0/x/1x/2x/0x1x2xy/S/ySu運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度（測(cè)量長(zhǎng)度）5S/系中直棒的靜止長(zhǎng)度S系的觀察者測(cè)得運(yùn)動(dòng)棒的長(zhǎng)度由洛侖茲變換有S系測(cè)量時(shí)，必須有t1=t26說(shuō)明:(1)l＜l0

，物體在運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度縮短了.稱為洛侖茲收縮因子與運(yùn)動(dòng)垂直的方向并不發(fā)生長(zhǎng)度收縮．(2)物體長(zhǎng)度的比較在一定意義上是相對(duì)的0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su在S中的觀察者測(cè)量0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su在S'中的觀察者測(cè)量7(3)長(zhǎng)度的收縮是普遍的時(shí)空性質(zhì)，與物體的具體性質(zhì)(如什么材料、結(jié)構(gòu)等等)無(wú)關(guān)．(4)特別要注意的是，長(zhǎng)度收縮是測(cè)量的結(jié)果，不要錯(cuò)誤地說(shuō)成是某人眼睛看見(jiàn)的結(jié)果．觀看與測(cè)量的圖像不是一回事．8二.時(shí)間間隔的相對(duì)性

在不同慣性系中，觀測(cè)同一個(gè)物理過(guò)程(或兩個(gè)事件)所經(jīng)歷的時(shí)間之間的關(guān)系。S／系中，兩個(gè)事件為(x1／,t1／)和(x2／,t2／)

若x1/=x2/時(shí)，測(cè)得的同地發(fā)生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔Δt′，稱為本征(固有)時(shí)間Δt/=t2/－t1/x1/t1/S/t2/S系中，兩個(gè)事件是(x1,t1)，(x2,t2)9t1x1Sx2ux1/t1/S/ut2/S/x1/t2t2S系中x1和x2是兩個(gè)同步時(shí)鐘（兩校準(zhǔn)的鐘）讀數(shù):Δt

=t2－t1根據(jù)洛侖茲變換10Δt′固有時(shí)間說(shuō)明(1)

>1,

t>

t/，表示時(shí)間膨脹了g稱為時(shí)間延緩因子運(yùn)動(dòng)的鐘和靜止的鐘結(jié)構(gòu)是完全一樣的。(3)時(shí)間膨脹效應(yīng)是一種普遍的時(shí)空屬性，與過(guò)程的具體性質(zhì)和作用機(jī)制無(wú)關(guān)．(4)時(shí)間延緩早已被高能粒子的許多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。11例:在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量以0.9100c高速飛行的

介子經(jīng)過(guò)的直線路徑是17.135m，介子固有壽命值是(2.603

0.002)

10-8s．試從時(shí)間膨脹效應(yīng)和長(zhǎng)度收縮效應(yīng)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)論理論符合程度。解從時(shí)間膨脹效應(yīng)說(shuō)明如下：

介子實(shí)驗(yàn)室飛行壽命(運(yùn)動(dòng)時(shí))為=6.218×10-8s時(shí)間延緩因子

介子固有壽命的相對(duì)論理論預(yù)言值為=2.604×10-8s理論值與實(shí)驗(yàn)值相差0.001×10-8s．12

從長(zhǎng)度收縮效應(yīng)說(shuō)明如下：

介子自身的慣性系中，固有壽命

0，實(shí)驗(yàn)室以0.9100c相對(duì)

介子自身的慣性系運(yùn)動(dòng)．實(shí)驗(yàn)室飛過(guò)的平均距離是

l=0.9100c×

0≈7.101m．實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的飛行距離是相對(duì)實(shí)驗(yàn)室靜止的長(zhǎng)度，為固有長(zhǎng)度，理論值為

l0=

l

=2.412×7.101=17.128m

與實(shí)驗(yàn)值比較相差0.007m,在實(shí)驗(yàn)誤差范圍之內(nèi),理論和實(shí)驗(yàn)符合13例:一靜止長(zhǎng)度為l0的火箭以恒定速度u相對(duì)參照系S運(yùn)動(dòng)，如圖．從火箭頭部A發(fā)出一光信號(hào)，問(wèn)光信號(hào)從A到火箭尾部B須經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間?(1)對(duì)火箭上的觀測(cè)者；(2)對(duì)S系中的觀測(cè)者．解(1)以火箭為參考系

A到B的距離等于火箭的靜止長(zhǎng)度，所需時(shí)間為(2)對(duì)S系中的觀測(cè)者，測(cè)得火箭的長(zhǎng)度為14光信號(hào)也是以c傳播．設(shè)從A到B的時(shí)間為t，在此時(shí)間內(nèi)火箭的尾部B向前推進(jìn)了ut的距離，所以有解得15四.因果關(guān)系

有因果關(guān)系的兩事件，發(fā)生的先后次序(因果性)是絕對(duì)的，在所有慣性系都成立.無(wú)因果關(guān)系的兩事件——時(shí)序可能顛倒有因果關(guān)系的兩事件——時(shí)序不可能顛倒慣性系S中：有因果關(guān)系的兩事件

Dt=t2-t1>0，慣性系S/中:16有因果關(guān)系的兩事件，必須通過(guò)某種物質(zhì)或信息相聯(lián)系，則uS≤ct/與t同號(hào)但是,無(wú)因果的兩個(gè)事件發(fā)生的先后次序在不同慣性系可能顛倒。因?yàn)闊o(wú)信息聯(lián)系,us可取任意值17謝謝觀看！祝大家學(xué)業(yè)有成！7、忌妒別人，不會(huì)給自己增加任何的好處。忌妒別人，也不可能減少別人的成就。19、只要擁有無(wú)限的熱情，一個(gè)人幾乎可以在任何事情上取得成功。2、上帝給你一個(gè)比別人低的起點(diǎn)，就是要讓你用你的一生去譜寫(xiě)出一個(gè)絕地反擊的故事。3、每一個(gè)成功者都有一個(gè)開(kāi)始。勇于開(kāi)始，才能找到成功的路。16、初戀是美術(shù)，熱戀是技術(shù)，結(jié)婚是藝術(shù)，離婚是手術(shù)。5、不要對(duì)挫折嘆氣，姑且把這一切看成是在你成大事之前，必須經(jīng)受的準(zhǔn)備工作。18、牢牢地把握今天，創(chuàng)造美好明天。4、在無(wú)路的旅途上奔跑，將流光拋至身后。11、積極者相信只有推動(dòng)自己才能推動(dòng)世界，只要推動(dòng)自己就能推動(dòng)世