2021-2022学年高二物理竞赛课件：相对论动力学基础.pptx

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1、 相对论动力学基础相对论动力学基础 *时间延缓是一种相对效应。时间延缓是一种相对效应。原时是由静止在原时是由静止在“当地当地”的同一只钟测量；的同一只钟测量；“两地时两地时”用校准的用校准的“同步钟同步钟”测量。测量。*当速度远远小于当速度远远小于c 时，时间间隔相同。时，时间间隔相同。若在相对事件发生地运动的参考系中，该两事件必若在相对事件发生地运动的参考系中，该两事件必为异地事件，需用两只钟测出其时间间隔为异地事件，需用两只钟测出其时间间隔,则：则：=0孪生子效应谁年轻？afe0.弟弟弟弟.哥哥哥哥ssuxx 例例.半人马座 星是距离太阳系最近的恒星，它距离地球4.31016m。设有一宇宙

2、飞船自地球飞到半人马 星，若宇宙飞船相对地球的速度为0.999c，按地球上的时钟计算要用多少年时间？如以飞船上的时钟计算，所需时间又为多少年？地球系地球系:非原时非原时;飞船系飞船系:原时原时按地球上的时钟计算，飞船飞到按地球上的时钟计算，飞船飞到 星所需时间为星所需时间为解：解：思考思考思考思考:哪个时间为原时？哪个时间为原时？若用飞船上的钟测量，飞船飞到若用飞船上的钟测量，飞船飞到 星所需时间为星所需时间为正是时间膨胀效应使得在人的有生之年进行星际航行成为可能。正是时间膨胀效应使得在人的有生之年进行星际航行成为可能。长度收缩长度收缩长度收缩长度收缩 长度长度=在与长度方向平行的坐标轴上，物

3、体两端坐标在与长度方向平行的坐标轴上，物体两端坐标值之差。值之差。(当物体运动时，两端坐标必须同时记录当物体运动时，两端坐标必须同时记录)S系系系系测量尺两端坐标测量尺两端坐标 S 系中测量系中测量(不一定同时测量不一定同时测量)的的长度长度原长原长(proper length)(固有长固有长度度)S系中测量系中测量(一定同时测量一定同时测量)的长度的长度非原长非原长由洛仑兹变换：由洛仑兹变换：原长原长0观测长度观测长度原长最长！原长最长！原长原长0观测长度观测长度(非原长非原长)若尺相对于若尺相对于S系静止系静止S系系系系(4)长度收缩是长度收缩是“测量测量”结果，不是结果，不是“视觉视觉”

4、效应。效应。结论结论结论结论:(1)相对于相对于观察者运动物体沿运动方向长度缩短了观察者运动物体沿运动方向长度缩短了 长度收缩长度收缩(contraction of length)(动尺缩短动尺缩短)(2)长度缩短具相对性长度缩短具相对性SuSuS SS (3)收缩效应与测量有关，固有长度不变，不表示物收缩效应与测量有关，固有长度不变，不表示物质内部结构的改变。是一种物质的时空属性。质内部结构的改变。是一种物质的时空属性。演示演示物理世界奇遇记物理世界奇遇记 伽莫夫伽莫夫汤普金斯汤普金斯(c,G,h)先生先生的奇遇的奇遇能否真的见到此番光景？能否真的见到此番光景？参阅赵凯华参阅赵凯华新概念物理

5、教程新概念物理教程.力学力学P.410 例例.静系中子的平均寿命为2.210-6s。据报导，在一组高能物理实验中，当它的速度为u=0.9966c时通过的平均距离为8km。试说明这一现象：(1)用经典力学计算与上述结果是否一致；(2)用时间膨胀说明；(3)用尺缩效应说明。解：解：解：解：(1)按经典力学按经典力学不不符合事实符合事实(2)本征本征寿命：寿命：0=2.2 10-6s实验室测其寿命：实验室测其寿命：0.9966c与平均距离一致与平均距离一致(3)子参考系测实验室距离：子参考系测实验室距离：运动时间：运动时间：与平均寿命与平均寿命一致一致0.9966cu解：解：由题意可知由题意可知由由

6、得得根据相对论根据相对论“尺缩尺缩”效应，有效应，有即即 例例 一根米尺静止放置在S 系中，与Ox 轴成30角。已知S系平行于S系的Ox轴正向匀速运动，如果在S系中测得米尺与Ox轴成45角，问:(1)S 系相对于 S系的运动速度u为多大？(2)S系中测得米尺的长度是多少？于是于是得得由于由于米尺长度米尺长度所以所以质量与速度的关系质量与速度的关系质量与速度的关系质量与速度的关系质量的表达质量的表达 猜想形式？猜想形式？基本事实：基本事实：持续作用持续作用 动量动量 持续持续 约束：约束：速度速度v上限是上限是 c，空间的各向同性与速度方向无关空间的各向同性与速度方向无关 对应原理要求对应原理要

7、求 v c时，时，m=m0基本思路：基本思路：基本思路：基本思路：相对论力学定律相对论力学定律 经典力学定律经典力学定律相对论力学量相对论力学量 经典力学量经典力学量S 系动量守恒：系动量守恒：理想实验：理想实验：全同粒子的完全非弹性碰撞。设小球全同粒子的完全非弹性碰撞。设小球A和和B的静止质量均为的静止质量均为m0 0，A静止于静止于S 系，系，B静止于静止于S系。系。B Bx x x xA Ay yy y O OO O B BA AB Bx x x xA Ay yy y O OO O B BA A速度变换式速度变换式速度变换式速度变换式S系动量守恒：系动量守恒：质速关系质速关系质速关系质速关系讨论：讨论：普遍性：普遍性：普遍性：普遍性：v v c c时，时，时，时，mm(v v)=)=mm0 0 牛顿力学牛顿力学牛顿力学牛顿力学 v v c c 时，时，时，时，m m 在在在在F F作用下，作用下，作用下，作用下，a a 0 0 c c 是极限速度是极限速度是极限速度是极限速度 相对性：相对性：相对性：相对性：质量具有相对性，质量具有相对性，质量具有相对性，质量具有相对性，反映了物质与运动反映了物质与运动反映了物质与运动反映了物质与运动 的不可分割性的不可分割性的不可分割性的不可分割性考夫曼实验结果：考夫曼实验结果：电子质量随速度变化电子质量随速度变化