2021-2022学年高二物理竞赛课件：狭义相对论的时空观习题.pptx

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1、狭义相对论的时空观习题狭义相对论的时空观习题课件课件2狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观S S正正变变换换S S 逆逆变变换换3洛仑兹坐标变换洛仑兹坐标变换：S S正正变变换换S S 逆逆变变换换4 (2)洛仑兹变换是物理定律的试金石。洛仑兹变换是物理定律的试金石。(3)这里值得一提的是这里值得一提的是,洛仑兹变换中的一个重要的洛仑兹变换中的一个重要的因子因子 S S (1)当当uc时时,洛仑兹洛仑兹变换式就变成伽利略变换变换式就变成伽利略变换式：式：5 因而得出推论：任何物体相对于另一物体的速因而得出推论：任何物体相对于另一物体的速度不可能等于或大于真空中的光速。度不可能等于或大于真空中的

2、光速。即真空中的光即真空中的光速速c是一切物体运动速度的极限。是一切物体运动速度的极限。这一推论与实验符合，也符合因果律的要求。这一推论与实验符合，也符合因果律的要求。如果如果uc,则则 就变为无穷大或有虚数值，这显然就变为无穷大或有虚数值，这显然是没有物理意义的。是没有物理意义的。61.长度收缩长度收缩S 系：系：S系：系：刚棒相对刚棒相对S 系静止，系静止，沿沿x 轴方向放置轴方向放置,长长度：度：(同时同时测量测量)zxySuox1x27 即即:相对棒运动的观察者测得的长度相对棒运动的观察者测得的长度l要比与要比与相对棒静止的观察者测得的长度相对棒静止的观察者测得的长度lo(固有长度或原

3、长固有长度或原长)要要短一些。短一些。或者说或者说物体沿运动方向缩短物体沿运动方向缩短了。了。(同时同时)长度收缩是一种相对论效应，并非棒的材料真长度收缩是一种相对论效应，并非棒的材料真的收缩了。由于长度只在运动方向上收缩，所以物的收缩了。由于长度只在运动方向上收缩，所以物体的形状、体积、密度等也会相应发生变化。体的形状、体积、密度等也会相应发生变化。82.时间膨胀时间膨胀(或钟慢或钟慢)S 系：系：(用固定在用固定在S系中的时钟来量度系中的时钟来量度)S 系：系：(用固定在用固定在S系中的时钟来量度系中的时钟来量度)设两事件发生在设两事件发生在S 系中的同一地点，但不系中的同一地点，但不同时

4、刻，即同时刻，即9(同地同地)也也就就是是说说：相相对对事事件件发发生生地地点点运运动动的的观观察察者者测测出出的的时时间间比比相相对对事事件件发发生生地地点点静静止止的的观观察察者者测测出出的的时间时间(称为称为固有时间或原时固有时间或原时)要长一些要长一些(时间膨胀时间膨胀)。或者说：或者说：运动的时钟走得慢些运动的时钟走得慢些(钟慢钟慢)。时间膨胀时间膨胀(钟慢钟慢)是相对性效应，与钟表的具体运是相对性效应，与钟表的具体运转无关。转无关。10 3.同时的相对性同时的相对性 设设A、B两两事事件件同同时时发发生生在在S 系系的的不不同同地地点点,即即S:可见，在可见，在S 系看来同时发生的

5、事件，在系看来同时发生的事件，在S系看系看来就不是同时发生的。所以同时性是相对的。来就不是同时发生的。所以同时性是相对的。既然同时性是相对的，那么早与晚的时间顺序既然同时性是相对的，那么早与晚的时间顺序是否也是相对的呢？即一个参考系早发生的事件，是否也是相对的呢？即一个参考系早发生的事件，在另一个参考系看来会晚发生呢？在另一个参考系看来会晚发生呢？是可能的。但具有因果关系的事件的时序是不是可能的。但具有因果关系的事件的时序是不会颠倒的。会颠倒的。11小结小结 时空时空与与物质物质的运动是的运动是相互联系相互联系的的;空间距空间距 离、时间间隔、同时性也是离、时间间隔、同时性也是相对相对的的，它

6、们随物，它们随物体与观察者的相对运动状态而改变。体与观察者的相对运动状态而改变。这就是狭义相对论的时空观。这就是狭义相对论的时空观。(同地同地)(同时同时)12 例题例题6.4.1 试证明：试证明：（1）如果两个事件在某惯性系中是发生在）如果两个事件在某惯性系中是发生在同同一一地地点，则对一切惯性系来说，该惯性系中测得的两事件点，则对一切惯性系来说，该惯性系中测得的两事件的的时间时间间隔间隔最短最短。（2）如果两个事件在某惯性系中是）如果两个事件在某惯性系中是同时同时发生的，发生的，则对一切惯性系来说，该惯性系中测得的两事件的空则对一切惯性系来说，该惯性系中测得的两事件的空间间距离最短距离最短。证证：（2）（1）13 解解 能否用能否用长度收缩公式？长度收缩公式？可以，由于可以，由于K 系中系中两两事件是事件是同时同时发生的。发生的。解得解得:u=0.6cK：K ：或或 例题例题6.4.2 两事件，两事件，K系：系：x=5106m，t=10-2s。K 系：系：两两事件同时发生。在事件同时发生。在K 系中发生这两事件的地点间的距离系中发生这两事件的地点间的距离 x 是多少是多少？