2021-2022学年高二物理竞赛课件：狭义相对论的时空观.pptx

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1、狭义相对论的时空观事件事件 1：车厢后壁接收器接收到光信号：车厢后壁接收器接收到光信号.事件事件 2：车厢前壁接收器接收到光信号：车厢前壁接收器接收到光信号.一）同时的相对性一）同时的相对性若同时：若同时：S系，两件事的时空坐标：系，两件事的时空坐标：但但即即S系认为同时的两件事，系认为同时的两件事，S系测量是不同时的系测量是不同时的时空坐标时空坐标：设在设在S系中，发生两事件：系中，发生两事件：(开灯）开灯）YXOYXOS反之，设在反之，设在S系中：系中：若同时：若同时：但但即即S系认为同时的两件事，系认为同时的两件事，S系测量是不同时的系测量是不同时的处处时刻发生一件事（开灯）时刻发生一件

2、事（开灯）处处时刻发生另一件事（开灯）时刻发生另一件事（开灯）S系，两件事的时空坐标：系，两件事的时空坐标：YXOYXOS 结论结论：在一在一 个惯性系中个惯性系中不同地点不同地点同时同时发生的发生的两个事件，两个事件，在另一惯性系中观察则在另一惯性系中观察则不同时不同时，所以，所以同时具有同时具有相对相对意义；只有在意义；只有在同一地点同一地点，同一同一时刻时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时同时的的.二）长度的收缩二）长度的收缩设一杆平行于设一杆平行于X轴静止于轴静止于S系，系，（静长、本征长度）（静长、本征长度）动长动长测杆两端坐标为两个事

3、件测杆两端坐标为两个事件S系两事件时空坐标系两事件时空坐标S系两事件时空坐标系两事件时空坐标X1X2X1X2YXOSYXO同时测量同时测量（t1=t2）S系中系中同时同时测量测量S系看棒缩短了，系看棒缩短了，为原长的为原长的 倍倍（本征长度）（本征长度）动长动长依依“LT”YXOX1X2X1X2YXOS同时测量同时测量（t1=t2）静长静长 ：与杆相对静止的观察者测得的：与杆相对静止的观察者测得的静长，固有长度。静长，固有长度。:与杆相对运动的观察者测得的与杆相对运动的观察者测得的动长。动长。当当 时，时，.(1)观察者与被测物体相对静止时，测得长度最长。观察者与被测物体相对静止时，测得长度最

4、长。固有固有长度长度最长最长。长度收缩是一种长度收缩是一种相对相对效应效应,此结果反之亦然此结果反之亦然.注意注意（2）观察者与被测物体相对运动时，）观察者与被测物体相对运动时，运动物体运动物体沿沿运动运动方向方向长度收缩。长度收缩。动动尺尺收缩。收缩。注意：长度测量的相对性是同时相对性的必然结注意：长度测量的相对性是同时相对性的必然结果。因为相对有运动的参照系测量物体长度时，果。因为相对有运动的参照系测量物体长度时，要同时测量，而你认为同时时，另一参照系不认要同时测量，而你认为同时时，另一参照系不认为是同时的。各有各的同时性标准，因此长度的为是同时的。各有各的同时性标准，因此长度的测量变得具

5、有相对性了。测量变得具有相对性了。沿直径高沿直径高速运动速运动沿某边高沿某边高速运动速运动 例例1 设想有一光子火箭，设想有一光子火箭，相对于地球以相对于地球以速率速率 飞行，若以火箭为参考系测得火飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为箭长度为 15 m，问以地球为参考系，此火箭有，问以地球为参考系，此火箭有多长多长？火箭参照系火箭参照系地面参照系地面参照系解解：固有长度固有长度在在 S 系系 例例2 一长为一长为 1 m 的棒静止地放在的棒静止地放在 平面内，平面内，在在 S系的观察者测得此棒与系的观察者测得此棒与 轴成轴成 角，试问从角，试问从 S 系的观察者来看，此棒的长度以及棒与系的观察

6、者来看，此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角轴的夹角是多少？设想是多少？设想S系相对系相对 S 系的运动速度系的运动速度 。解：在解：在 系系三）时间的延缓（膨胀）三）时间的延缓（膨胀）在经典物理中，时间的测量是绝对的，一秒就是一秒，在经典物理中，时间的测量是绝对的，一秒就是一秒，哪个参照系测量都是一样。相对论中呢？哪个参照系测量都是一样。相对论中呢？YXOXYXO设在设在S系某处发生一个过程：举手系某处发生一个过程：举手-放下放下举起手举起手放下手放下手S系中测得所用的时间系中测得所用的时间（本征时间）（本征时间）与事件相对静止与事件相对静止 的参照系中所观测的参照系中所观测 的时间称的时间称

7、为本征时间。为本征时间。YXOXYXO在在S系系 测得的时间测得的时间在在S系中系中由由“LT”：时间膨胀了，即时间膨胀了，即S S系观测系观测时，过程变慢了。时，过程变慢了。举起手举起手放下手放下手S系中测得的时间：系中测得的时间：时间延缓时间延缓：运动运动的钟走得的钟走得慢慢.（本征时间）（本征时间）运运 动动 的的 钟钟 走走 得得 慢慢时间的延缓时间的延缓时间延缓的实验验证时间延缓的实验验证：1966-1967年欧洲原子核研究中心（年欧洲原子核研究中心（CERN）对）对 粒子进行了研究。粒子进行了研究。粒子是一种基本粒子，在静粒子是一种基本粒子，在静系中测得的寿命为系中测得的寿命为 0=2.210-6秒秒.当其加速到当其加速到v=0.9966C时时,它漂移了八公里它漂移了八公里.依牛顿定律依牛顿定律,寿命不变寿命不变,故漂移距离为故漂移距离为:依相对论依相对论:当粒子加速至於当粒子加速至於0.9966C时时,寿命为寿命为:故漂移的距离为故漂移的距离为:与实验情况吻合得很好与实验情况吻合得很好!