《愛(ài)因斯坦眼中的世界》參考課件1

第2節(jié)愛(ài)因斯坦眼中的世界一、狹義相對(duì)論的兩條基本原理1、狹義相對(duì)性原理在不同的慣性參考系，一切物理規(guī)律都是相同的。2、光速不變?cè)碚婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中是相同的，光速與光源、觀(guān)察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系。

就是在看來(lái)如此簡(jiǎn)單且最一般的兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上愛(ài)因斯坦建立了一套完整的理論——狹義相對(duì)論對(duì)兩個(gè)基本原理的正確理解①自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他所有的物理學(xué)規(guī)律；②強(qiáng)調(diào)真空中的光速不變指大小既不依賴(lài)于光源或觀(guān)察者的運(yùn)動(dòng)，也不依賴(lài)于光的傳播方向③幾十年來(lái)科學(xué)家采用各種先進(jìn)的物理技術(shù)測(cè)量光速，結(jié)果都不違背光速不變?cè)怼?/p>

在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中看來(lái)是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中看來(lái)也一定是同時(shí)的，但是如果接受愛(ài)因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，我們會(huì)得出“同時(shí)是相對(duì)的”這樣一個(gè)結(jié)論．同時(shí)是相對(duì)的二、狹義相對(duì)論中的時(shí)間與空間1、“同時(shí)”的相對(duì)性

車(chē)廂上的人和地面上的人看到車(chē)廂中間燈光到達(dá)前后車(chē)廂的先后是不一樣的．

車(chē)上的觀(guān)察者認(rèn)為光同時(shí)到達(dá)車(chē)廂的前后兩壁

站臺(tái)上的觀(guān)察者認(rèn)為光先到車(chē)廂后壁后到前壁結(jié)論：1、對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車(chē)上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于地面就不是同時(shí)的

關(guān)鍵：在各個(gè)參考系中光速都為c2、地面上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車(chē)也不是同時(shí)的

關(guān)鍵：相對(duì)運(yùn)動(dòng)2、長(zhǎng)度的相對(duì)性

v車(chē)上的人看到的車(chē)廂的長(zhǎng)度：車(chē)外的人看到的車(chē)廂的長(zhǎng)度：注意：長(zhǎng)度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上如上例中的X軸方向上，在Y軸方向上無(wú)長(zhǎng)度縮短效應(yīng)動(dòng)尺變短（空間收縮效應(yīng)）S′O′X′Y′OSXY●

結(jié)論

一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小斐克小伙劍術(shù)精，出刺迅捷如流星，由于空間收縮性，長(zhǎng)劍變成小鐵釘.3、時(shí)間間隔的相對(duì)性在站臺(tái)上看運(yùn)動(dòng)火車(chē)上的鐘在火車(chē)上看運(yùn)動(dòng)站臺(tái)上的鐘

高速運(yùn)行的列車(chē)上，由車(chē)廂底部發(fā)出的閃光，對(duì)于車(chē)上的人來(lái)說(shuō)，閃光是在豎直方向反射的，而車(chē)廂外的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線(xiàn)傳播的．

由光速不變?cè)肀愕玫讲煌臅r(shí)間間隔對(duì)于車(chē)廂內(nèi)的人：對(duì)于車(chē)廂外的人：h相對(duì)速度與動(dòng)鐘延緩效應(yīng)

(τ=1s）相對(duì)速度與動(dòng)鐘延緩效應(yīng)

(τ=1s）V（米/秒）0.1c=3×1070.5c

0.8c0.9c0.99c0.999c0.9998cT(秒)1.011.151.672.297.122.450三、相對(duì)論的速度疊加

由于時(shí)間和空間的相對(duì)性，對(duì)于物體的速度，在某一慣性系S’內(nèi)觀(guān)測(cè)，要用S’系的時(shí)間和空間坐標(biāo)表示；在另一慣性系S內(nèi)觀(guān)測(cè)，要用S系的時(shí)間和空間坐標(biāo)表示。這樣，速度疊加公式就不再是絕對(duì)時(shí)空的速度疊加公式了。假如S’和S兩系的坐標(biāo)軸相平行，S’以速度ν沿x軸而運(yùn)動(dòng)，一質(zhì)點(diǎn)以u(píng)’相對(duì)S’沿x’軸而運(yùn)動(dòng)，則相對(duì)S，其速度u為這是相對(duì)論的速度疊加公式。如果u’＜c，則u＜c；如果u’＝c(光速)，則u＝c．與相對(duì)論的時(shí)空概念相協(xié)調(diào)。v車(chē)外的人看到車(chē)上人相對(duì)地面的速度為：例1地球上一觀(guān)察者，看見(jiàn)一飛船A以速度2.5×l03m／s從他身邊飛過(guò)，另一飛船B以速度2.0×l08m／s跟隨A飛行。求：（1）A上的乘客看到B的相對(duì)速度；（2）B上的乘客看到A的相對(duì)速度。中國(guó)航天A中國(guó)航天B1u=xvvc2uxux′=1.125×108m/s

2.5×108=2.0×1089.0×1016×2.5×1082.0×1081=ux2.0×108m/s

=v2.5×108m/s

解：(1)設(shè)地球?yàn)镵系，飛船A為K′系。由已知條件可知K′系相對(duì)K系是速度為飛船B在K系中的速度為飛船B在K′系中的速度為中國(guó)航天A中國(guó)航天BK′Kuvx

(2)設(shè)地球?yàn)镵系，飛船B為K′系。由已知條件可知K′系相對(duì)K系是速度為=ux2.5×108m/s

=v2.0×108m/s

飛船A在K系中的速度為1u=xvvc2uxux′=1.125×108m/s

2.0×108=2.5×1089.0×1016×2.0×1082.5×1081飛船A在K′系中的速度為中國(guó)航天A中國(guó)航天BKuxK′vux′練習(xí)1一原子核以0.5c的速度離開(kāi)一觀(guān)察者而運(yùn)動(dòng)。原子核在它運(yùn)動(dòng)方向上向前發(fā)射一電子，該電子相對(duì)于核有0.8c的速度；此原子核又向后發(fā)射了一光子指向觀(guān)察者。對(duì)靜止觀(guān)察者來(lái)講，（1）電子具有多大的速度；（2）光子具有多大的速度。解：設(shè)觀(guān)測(cè)者為K系，原子核為K′系。電子在K′系中的速度為：K′系相對(duì)K系是速度為：0.8c=ux′=v0.5c+×=+0.8c0.5c0.81=0.50.93c++1u=xvvc2uxux′′電子在K

系中的速度為：根據(jù)光速不變?cè)恚庾拥乃俣葹閏。時(shí)空相對(duì)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)相對(duì)論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的比較緩慢，也就是說(shuō)，在空間中高速移動(dòng)的時(shí)鐘，比固定于地面上的時(shí)鐘走得慢．1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對(duì)照．實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好．這是相對(duì)論的第一次宏觀(guān)驗(yàn)證．

早在1941年，科學(xué)家通過(guò)對(duì)宇宙線(xiàn)的觀(guān)測(cè)證實(shí)了相對(duì)論的結(jié)論，美國(guó)科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線(xiàn)中μ子的數(shù)量，結(jié)果與相對(duì)論預(yù)言完全一致．

當(dāng)兩個(gè)參考系的相對(duì)速度可與光速相比時(shí)，時(shí)間與空間的相對(duì)性才比較明顯．

狹義相對(duì)論的結(jié)論已經(jīng)完全得到證實(shí)，實(shí)際上它已經(jīng)成為微觀(guān)粒子研究的基礎(chǔ)之一．

牛頓物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀(guān)：物理學(xué)的空間與時(shí)間是絕對(duì)分