大学物理第四章.ppt

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1、一、长度的相对性一、长度的相对性长度缩短长度缩短尺相对尺相对尺相对尺相对kkkk系静止系静止系静止系静止固有长度固有长度固有长度固有长度（静长度）（静长度）（静长度）（静长度）k k k k系测得尺的长度系测得尺的长度系测得尺的长度系测得尺的长度（动长度）（动长度）（动长度）（动长度）o o z z y y x x o ox xy yz z44443 3 3 3 狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观同时测量同时测量长度缩短公式：长度缩短公式：长度缩短公式：长度缩短公式：结论：长度测量与被测物体相对于观察者的结论：长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关，物体

2、在运动方向长度缩短了。运动有关，物体在运动方向长度缩短了。o o z z y y x x o ox xy yz z第二宇宙速度：第二宇宙速度：10103 3m/sm/s数量级为数量级为10104 4m m在宏观领域，长度缩短可以忽略！在宏观领域，长度缩短可以忽略！说明：说明：（1）动长度总小于静长度，）动长度总小于静长度，v ，l（2）vc,ll0 收缩不明显收缩不明显(3)垂直于棒运动方向上长度不变垂直于棒运动方向上长度不变(4)长度缩短并非物质结构发生变化长度缩短并非物质结构发生变化,而是而是一种相对论效应一种相对论效应!解：解：解：解：例例例例:刚性米尺静止在刚性米尺静止在kk系并与系并

3、与x x 轴夹角轴夹角=30 30 kk系相对于系相对于k k系匀速运动系匀速运动,在在k k系测得它与系测得它与x x轴成轴成45.45.问问(1)(1)k k系相对于系相对于k k系的运动速度系的运动速度?(2)(2)在在k k系测得此棒的长度系测得此棒的长度kkk k K系系:l=1 mk k系与系与x x轴成轴成4545(2)二、二、“同时同时”的相对性的相对性结论：同时性与参考系有关结论：同时性与参考系有关同时的相对性同时的相对性结论：结论：结论：结论：在在在在k k k k系同时发生的两事件，在系同时发生的两事件，在系同时发生的两事件，在系同时发生的两事件，在kkkk系中并不一定同

4、时。系中并不一定同时。系中并不一定同时。系中并不一定同时。设：设：讨论：讨论：（可以）（可以）（4）对于）对于两个互不相干时间：两个互不相干时间：对于不同的对于不同的（5）对于有因果关系的两事件，前后顺序能否颠倒？）对于有因果关系的两事件，前后顺序能否颠倒？（不能）（不能）o ox xy yz z12OOZ Z Y Y X X OOZ Z Y Y X X o ox xy yz z12p1(x1,t1)p2(x2,t2)K系中系中P1(x1,t1)P2(x2,t2)K系中系中有因果关系的两事件对于任意参照系有因果关系的两事件对于任意参照系来说其先后顺序不会发生变化来说其先后顺序不会发生变化OOZ

5、 Z Y Y X X o ox xy yz z12三、时间膨胀问题三、时间膨胀问题三、时间膨胀问题三、时间膨胀问题o ox xy yz zOOZ Z Y Y X X ABCK系系 K系系 事件事件1AC相碰相碰事件事件2BC相碰相碰时间膨胀公式：时间膨胀公式：时间膨胀公式：时间膨胀公式：结论：结论：结论：结论：时间膨胀效应表明了时间间隔只有相对时间膨胀效应表明了时间间隔只有相对意义，运动的时钟变慢了。意义，运动的时钟变慢了。在某一惯性系中在某一惯性系中在某一惯性系中在某一惯性系中同一地点同一地点同一地点同一地点先后发生先后发生先后发生先后发生两事件的时间间隔两事件的时间间隔两事件的时间间隔两事

6、件的时间间隔 。固有时间：固有时间：固有时间：固有时间：SklSKl说明：说明：（1）时间膨胀效应具有相对性。）时间膨胀效应具有相对性。若在若在 S 系中同一地点先后发生两事件的时间间隔为系中同一地点先后发生两事件的时间间隔为t（称为原时），则同理有（称为原时），则同理有（2）当）当 v c 时，有时，有（3）实验已证实：）实验已证实：子，子，介子等基本粒子的衰变，当它们相对实验介子等基本粒子的衰变，当它们相对实验室静止和高速运动时，其寿命完全不同。室静止和高速运动时，其寿命完全不同。就好象时钟变慢了，即就好象时钟变慢了，即看人家的钟慢看人家的钟慢。历史上令人困惑的历史上令人困惑的“双生子佯谬

7、双生子佯谬”甲和乙是一对孪生兄弟，甲在地球，乙乘飞船去太甲和乙是一对孪生兄弟，甲在地球，乙乘飞船去太空旅行，当乙回到地球时，问：甲比乙年轻还是乙比甲空旅行，当乙回到地球时，问：甲比乙年轻还是乙比甲年轻？年轻？乙比甲年轻！乙比甲年轻！广义相对论证明：广义相对论证明：在非惯性参考系中时间流逝的慢！在非惯性参考系中时间流逝的慢！1971年实验：年实验：两只相同的铯原子钟，一只静止在地面，两只相同的铯原子钟，一只静止在地面，另一只放在飞船上沿赤道向东绕地球一周回到地面，发现另一只放在飞船上沿赤道向东绕地球一周回到地面，发现飞船上的钟比地面的钟慢飞船上的钟比地面的钟慢59ns！生命在于运动，运动使人年轻

8、！生命在于运动，运动使人年轻！1966年用年用子作了一个类似于双生子旅游的实验，让子作了一个类似于双生子旅游的实验，让子子沿一直径为沿一直径为14米的圆环运动再回到出发点，实验结果表明米的圆环运动再回到出发点，实验结果表明运动的运动的子的确比静止的子的确比静止的子寿命更长。子寿命更长。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=2.2 1010-6-6秒。速度为秒。速度为的的 子能否通过的距离为的大气层。子能否通过的距离为的大气层。解：解：解：解：按经典力学按经典力学方法一方法一方法一方法一：按相对论力学按相对论力学（考虑动钟变慢效应）（考虑动钟变慢效应）所以可以穿透大

9、气层所以可以穿透大气层地面观测不到！地面观测不到！方法二方法二方法二方法二（考虑长度缩短效应）（考虑长度缩短效应）所以可以穿透大气层所以可以穿透大气层例题：一飞船以相对于地球作匀速直线运动，例题：一飞船以相对于地球作匀速直线运动，宇航员测得飞船长宇航员测得飞船长30m，从船尾发射一粒子击，从船尾发射一粒子击中船头的靶子，宇航员测的经历的时间为中船头的靶子，宇航员测的经历的时间为2.010-7s。问在地球的观察者看来，下述量是。问在地球的观察者看来，下述量是多大？（多大？（1）飞船长（）飞船长（2）粒子发射到中靶所用）粒子发射到中靶所用时间？飞行距离？（时间？飞行距离？（3）粒子速度）粒子速度解：解：（1）飞船长：）飞船长：（2）经历时间）经历时间飞行距离：飞行距离：（3）粒子速度）粒子速度