2021-2022学年高二物理竞赛课件：相对论时空.pptx

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1、相对论空时相对论空时1.长度收缩(Length Contraction):动尺变短：寸有所长，尺有所短。2.同时的相对性 海上生明月，天涯共此时。3.时间膨胀(Time Dilation)动钟变慢：天上一日，地上一年。Correspondence Principle洛伦兹变换洛伦兹变换 伽利略变换伽利略变换解：考虑相对论效应，取容器为解：考虑相对论效应，取容器为S系，则在系，则在S系中，粒系中，粒子从尾部到前端时间为子从尾部到前端时间为则在地面上（则在地面上（S系）测得时间为系）测得时间为例例1 1、设一容器长、设一容器长l，以速率，以速率v（vc）沿长度方向运动，某）沿长度方向运动，某时刻由

2、容器尾部沿长度方向发射一粒子。以时刻由容器尾部沿长度方向发射一粒子。以u相对容器飞相对容器飞行，求在地面观察，该粒子从尾部到前端时间。行，求在地面观察，该粒子从尾部到前端时间。所以所以1 长度的收缩长度的收缩标尺相对标尺相对 系静止系静止在在 S 系中测量系中测量测量为两个事件测量为两个事件要求要求在在 系中测量系中测量固有固有长度长度l0：物体相对静止时所测得的长度：物体相对静止时所测得的长度.（最长最长）洛伦兹收缩洛伦兹收缩:运动运动物体在物体在运动方向上运动方向上长度长度收缩收缩.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 长度在长度在垂直垂直于

3、相对运动的方向上于相对运动的方向上没有变化没有变化.在在 S 系系例例 一长为一长为 1 m 的棒静止地放在的棒静止地放在Oxy 平面内，在平面内，在S系系的观察者测得此棒与的观察者测得此棒与Ox 轴成轴成45角，试问从角，试问从 S 系的观系的观察者来看，此棒的长度以及棒与察者来看，此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少？轴的夹角是多少？设想设想S系相对系相对 S 系的运动速度系的运动速度 .解：解：在在 系系物理世界奇遇记伽莫夫汤普金斯先生的奇遇 同时的相对性同时的相对性事件事件 1：车厢：车厢后后壁接收器接收到光信号壁接收器接收到光信号.事件事件 2：车厢：车厢前前壁接收器接收到光信号

4、壁接收器接收到光信号.同时同时不同地不同地事件事件 2 系系(车厢参考系车厢参考系)S 系系(地面参考系地面参考系)事件事件 1在在 S 系系 结论结论：沿两个惯性系运动方向，沿两个惯性系运动方向，不同地点不同地点发生发生的两个事件，在其中一个惯性系中是的两个事件，在其中一个惯性系中是同时同时的，的，在另在另一惯性系中观察则一惯性系中观察则不同时不同时，所以同时具有，所以同时具有相对相对意义；意义；只有在只有在同一地点同一地点，同一同一时刻发生的两个事件，在其时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是他惯性系中观察也是同时同时的的.在在 S 系系在在 系系同时同地同时同地发生的两事件发生的两事

5、件此结果反之亦然此结果反之亦然.注意注意由洛伦兹变换式得由洛伦兹变换式得 设在设在S系中一只静止的钟，在同一地点系中一只静止的钟，在同一地点()()纪纪录两事件的时间间隔（固有时间）录两事件的时间间隔（固有时间），则在则在S系中记录的时间间隔系中记录的时间间隔 为多少？为多少？固有固有时间时间t0：同一同一地点发生的地点发生的两两事件的时间间隔事件的时间间隔.时间延缓时间延缓：运动运动的钟走得的钟走得慢慢.固有时间固有时间 则相对运动的惯性系测得的两事件所经历的时间比则相对运动的惯性系测得的两事件所经历的时间比固有时间长固有时间长 例例例例.静系中静系中 子的平均寿命为子的平均寿命为2.2 1

6、0-6s.据报导据报导,在一组在一组高能物理实验中高能物理实验中,当它的速度为当它的速度为u=0.9966c时时,通过的平均通过的平均距离为距离为8km.试说明这一现象：试说明这一现象：(1)用经典力学计算与上用经典力学计算与上述结果是否一致；述结果是否一致；(2)用时间膨胀说明；用时间膨胀说明；(3)用尺缩效应用尺缩效应说明说明.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0.9966c