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li6狭义相对论2剖析
例 一艘飞船以0.98c的速度相对地球飞行,假如飞船上一只钟显示飞行了5分钟,那么地面上的观测者认为这艘飞船飞行了多长时间? 为什么? 六、相对论速度变换 l=? 在地面S系中测量时,y方向的分量长度不变,x方向的分量长度要收缩—— u x x’ y y’ s s’ l0 例 在O参照系中,有一个静止的正方形,其面积为100cm2。观测者O’以0.8c的匀速度沿正方形的对角线运动, 求O’所测得的该图形的面积。 解: 在O参照系中, A、B间对角线长度 在O’参照系中, A、B间长度 O′所测得的该图形的面积 例 在K惯性系中,相距 的两个地方发生两事件,时间间隔 ;而在相对于K系沿正x方向匀速运动的K’系中观测到这两事件却是同时发生的。试计算在K’系中发生这两事件的地点间的距离是多少? 解: 方法二: 例 一列高速火车以速度u驶过车站时,固定在站台上的两只机械手在车厢上同时划出两个痕迹,静止在站台上的观察者同时测出两痕迹之间的距离为1m,则车厢上的观察者应测出这两个痕迹之间的距离为多少? 解: 车厢上的观察者测出的这两个痕迹 之间的距离 =原长 静止在站台上的观察者同时测出两痕迹之间 的距离: 例 观测者甲和乙分别静止于两个惯性参照系K和K’中,甲测得在同一地点发生的两个事件的时间间隔为4s,而乙测得这两个事件的时间间隔为5s,求(1)K’相对于K的运动速度; (2)乙测得这两个事件发生的地点的距离。 K系中甲看: 两个事件 K’系中乙看: 两个事件 (1) 解: 根据洛伦兹变换式有 或 (2) 1. 速度的定义 2. 洛仑兹变换?速度变换 同一参考系中坐标对时间的变化率 S系: S’系: 相对论速度变换及逆变换: 2. 当v=c时,得v’ =c 与光速不变原理一致。 3. 当v c时,得v’ c 不可能通过参考系变换实现超光速! 讨论: 1. 对uc,vxc情况?伽利略速度变换 设 4. 对于一维运动 S S’ u c 火车 “追光实验” v= c-u? 例 追光实验 v= c * 五、相对论的运动学效应 (满足特殊条件的洛伦兹变换下的结果) 在不同惯性系中观察同一运动过程所经历的时间,其结果是否相同? 在不同惯性系中测量同一运动所经历的空间,其结果是否相同? 根本问题:时间和长度的测量 (1)时间延缓(时间膨胀、运动时钟变慢)效应 ——时间间隔的相对性 一只静止在S? 系中的时钟。 一个物理过程(两个事件) :钟的指针从一刻度转到另一刻度。 事件1 事件2 特殊条件:两个事件在某一参照系中同地发生(如:在S? 系中同地发生) 在此参照系(S? 系)中同一地点发生的两个事件的时间间隔为 : 在其他任何惯性参照系(S系)中这同样两个事件的时间间隔 : 代入 则: 1)固有时间(原时) 2)观察时间 一个物理过程用相对于它运动的惯性系上的标准时钟测量到的时间,称为观察时间(测时)。用 表示。 3)原时最短 观察时间膨胀 一个物理过程用相对于它静止的惯性系上的标准时钟测量到的时间,称为固有时间(原时)。用 表示。 在一个惯性系中观测,另一个做匀速直线运动的惯性系中同地发生的两个事件的时间间隔变大。这称为时间延缓效应(Einstein延缓)。 因为任何过程都是由一系列相继发生的事件构成的,所以时间延缓效应表明: 例如,与S系中一系列静止同步钟的“1秒”相比,运动钟的“1秒”长 ? 动钟变慢。 在一个惯性系中观测,运动惯性系中的任何过程(包括物理、化学和生命过程)的节奏变慢。 讨论 ? 时间延缓效应在高能物理实验中 得到实验证明: 介子、 介子。 ? 运动时钟变慢完全来自于相对性 时空效应。 ?在求解涉及同地发生的事件的问题时,为了计算方便一般应该先确定哪个是原时(同地时),然后再找出对应的测时。 ? 低速下趋于伽利略变换。 ? 在对称情况下,时间延缓是相对的。 例 飞船以 (32400km/h)的速率相对地面飞行。飞船上的钟走了5秒,问用地面上的钟测量经过了几秒? 原时 测时=? 低速情况,时间延缓效应很难发现! 定义事件 时间延缓效应的实验验证 ?子的寿命实验 ?子在高空大气顶层形成,静止平均寿命为2.15?10-6s,速率为0.995c。 若无时间膨胀效应,只能走640m就消失了
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