第5章狭义相对论时空观优秀PPT.ppt
第5章狭义相对论时空观现在学习的是第1页，共21页 火车参照系火车参照系 S地面参照系地面参照系 SS系中系中同时同时S系中系中先先后后 现在学习的是第2页，共21页S系系:尺静止放在尺静止放在轴上，轴上，SSS系中系中:观测者必须观测者必须同时同时测测得得从从S系测系测运动的尺在运动的方向上缩短运动的尺在运动的方向上缩短(收缩收缩)(原长原长)二、长度的收缩（运动的尺收缩）二、长度的收缩（运动的尺收缩）现在学习的是第3页，共21页 长度收缩长度收缩 效应效应 符合相对性原理：符合相对性原理：S系系:尺静止放在尺静止放在轴上，轴上，S系中系中:观测者必须观测者必须同时同时测测得得S从从S系测运动的尺在运动的方向上也缩短系测运动的尺在运动的方向上也缩短(收缩收缩)！符合相对性原理！符合相对性原理(原长原长)S现在学习的是第4页，共21页S系系S系系同一地点两事件时间间隔同一地点两事件时间间隔(原时原时)三、时间延缓（运动的时钟变慢）三、时间延缓（运动的时钟变慢）现在学习的是第5页，共21页如果在如果在S系系同一地点两事件时间间隔同一地点两事件时间间隔(原时原时)也有也有符合相对性原理符合相对性原理S系系 时间延缓时间延缓 效应效应 符合相对性原理：符合相对性原理：现在学习的是第6页，共21页uSuSS一系列同步钟一系列同步钟可见可见S认为认为S的钟慢了，而的钟慢了，而S也认为也认为S的钟慢了的钟慢了.根据同时的相对性，根据同时的相对性，S系认为对准的钟，系认为对准的钟，S系认为没对准！系认为没对准！矛盾一开始就出现了。矛盾一开始就出现了。时钟的校准：时钟的校准：现在学习的是第7页，共21页与实验符合得很好。与实验符合得很好。时间延缓在研究介子的寿命时，得到了直接的验证。时间延缓在研究介子的寿命时，得到了直接的验证。静止的介子平均寿命为静止的介子平均寿命为在高能加速器中在高能加速器中介子获得了介子获得了0.75c 的速度，的速度，实验测得实验测得介子衰变前通介子衰变前通过的距离，并不是过的距离，并不是而是而是现在学习的是第8页，共21页例：例：飞飞 船船地地 球球问飞船上讲一节课用问飞船上讲一节课用 1 小时，小时，地球上用几小时？地球上用几小时？现在学习的是第9页，共21页 例例1 一艘宇宙飞船的船身固有长度为一艘宇宙飞船的船身固有长度为 L0=90m,相对地面相对地面以以 u=0.8c 的匀速度在一观测站的上空飞过。的匀速度在一观测站的上空飞过。（1）观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？（2）宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少？解：解：1）观测站测得船身的长度观测站测得船身的长度通过观测站的时间间隔为通过观测站的时间间隔为2）宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔为或或现在学习的是第10页，共21页例例2 2 有一固有长度为有一固有长度为 L0 的棒，在的棒，在S系中沿系中沿 x 轴放置。另存在一轴放置。另存在一S系，以系，以 u 相对相对S 系沿系沿 x 轴正方向运动。求：当棒在轴正方向运动。求：当棒在S系中沿轴以系中沿轴以v 运动时，从运动时，从S系系中测得该棒的长度为多少？中测得该棒的长度为多少？x(x )SSuo解：当棒在解：当棒在 S 系中以系中以v 运动时，在运动时，在 S系看其速度为系看其速度为因因L0是相对棒静止的参照系中测得的长度是相对棒静止的参照系中测得的长度xSSvxo相当于：相当于：现在学习的是第11页，共21页 洛伦兹变换洛伦兹变换狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设1）相对性原理）相对性原理2)光速不变原理光速不变原理狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观1.同时性的相对性同时性的相对性不同地点同时发生两事件不同地点同时发生两事件A、B.在在 另一个系中另一个系中A、B两事件不同时发生。两事件不同时发生。2.长度收缩长度收缩 （运动的尺收缩）（运动的尺收缩）运动的尺在运动的方向上运动的尺在运动的方向上(相对于原长相对于原长)缩短缩短(收缩收缩)3.时间延缓时间延缓 (运动的时钟变慢运动的时钟变慢)S系中观测运动的钟系中观测运动的钟(相对静止的钟相对静止的钟)变慢变慢(时间膨胀时间膨胀).现在学习的是第12页，共21页甲开枪甲开枪乙中弹倒下乙中弹倒下vs(x1,t1)(x2,t2)子弹速度子弹速度这里这里S系系S系中观察系中观察是否会有是否会有甲先开枪，乙后中弹倒下。甲先开枪，乙后中弹倒下。乙先中弹倒下。甲后开枪！乙先中弹倒下。甲后开枪！（信号传递速度）（信号传递速度）四、洛仑兹变换与事件的因果关系四、洛仑兹变换与事件的因果关系现在学习的是第13页，共21页例例.事件事件P1:张家生了个张家生了个小小A 事件事件P2:李家生了个李家生了个小小B在在S系，系，S 系中的时空坐标为系中的时空坐标为:若在地面若在地面S系看系看,张家张家小小A先出生，先出生，t2-t1 0。在飞船在飞船S系看系看,必然也是张家必然也是张家小小A先出生吗？先出生吗？小小小小现在学习的是第14页，共21页根据根据 洛仑兹变换洛仑兹变换虽然虽然 t2-t1 0,但是但是,x1、x2 是可以取各种数值的是可以取各种数值的,对于对于 x2-x1的不同情况来说，的不同情况来说，t(完全可以完全可以)0；0；0。即两事件的时序完全可能颠倒。即两事件的时序完全可能颠倒。现在学习的是第15页，共21页 但是但是,若若小小A，小，小B是一母所生是一母所生,而且母亲是位旅行家而且母亲是位旅行家,在在 x1、t1 生了生了小小A,在在 x2、t2 生了生了小小B。这时时序就不应颠倒了！这时时序就不应颠倒了！我们将上式中的我们将上式中的 记作记作 vx,这时，它是有物理意义的：这时，它是有物理意义的：-母亲旅行的平均速度。母亲旅行的平均速度。现在学习的是第16页，共21页孪生孪生子佯谬子佯谬.(Twin paradox).(Twin paradox)（选学内容）（选学内容）一对孪生兄弟一对孪生兄弟:“明明明明”和和“亮亮亮亮”,在他们在他们2020岁生日岁生日的时候的时候 ,明明坐宇宙飞船去作一次星际旅游明明坐宇宙飞船去作一次星际旅游,飞船一去一飞船一去一回作匀速直线运动回作匀速直线运动,速度为速度为0.9998C.0.9998C.明明在天上过了一年明明在天上过了一年,回到地球时回到地球时,亮亮已多大年龄亮亮已多大年龄?现在学习的是第17页，共21页S系系取飞船为取飞船为S S系系地球为地球为S S系，系，飞船飞出为事飞船飞出为事件件“1 1”，飞回为，飞回为事件事件“2 2”对对S S系：系：对对S S系：系：你怎么这你怎么这样老了！样老了！老朽老朽71岁了！岁了！亮亮亮亮S 系系明明明明现在学习的是第18页，共21页S系系取飞船为取飞船为S S系系地球为地球为S S系，系，飞船飞出为事飞船飞出为事件件“1 1”，飞回为，飞回为事件事件“2 2”对对S S系：系：对对S S系：系：你怎么这你怎么这样老了样老了！老朽老朽7171岁了岁了！S系系亮亮亮亮现在学习的是第19页，共21页加速加速-非惯性系非惯性系广义相对论广义相对论若用到一对夫妻身上若用到一对夫妻身上（丈夫宇航）会怎样呢？（丈夫宇航）会怎样呢？仙境一天，地面一年仙境一天，地面一年(牛郎织女牛郎织女)20 岁和岁和 71岁岁初始初始见面时见面时 趣味之谈：趣味之谈：现在学习的是第20页，共21页 实验值：实验值：绕地球一周的绕地球一周的 运动钟变慢：运动钟变慢：203 10ns理论值：理论值：运动钟变慢：运动钟变慢：184 23 ns实验值和理论值实验值和理论值在误差范围内是在误差范围内是一致的。一致的。1971年，美空军用两组年，美空军用两组Cs（铯）原子钟作实验。（铯）原子钟作实验。实验验证了孪生子效应确实是存在的。实验验证了孪生子效应确实是存在的。现在学习的是第21页，共21页
