5-2、3狭义相对论原理及奇特效应

16-2狭义相对论原理和奇特效应IfAisasuccessinlife,thenAequalsxplusyplusz.Workisx;yisplay;andziskeepingyourmouthshut.——Einstein•汉滨高中朱崇选2复习爱因斯坦提出了两个假设：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的1、相对性原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的2、光速不变原理：3时空观的变革革命性(相对性)光速同时时间与空间质量经典时空观相对论时空观相对的绝对的（不变）绝对的与运动无关，绝对的与运动无关，不变的相对的与运动有关，相对的随速度增加而增大4ucv按照伽利略变换光的传播速度，真的与参考系有关吗？SS'uc火车“追光实验”追光实验50ttOO重合时和规定：xxyzzOSyOSu当OO重合时，和由原点发出闪光。设S系相对S系作匀速直线运动光速不变原理的数学表达6修改电磁学定律，还是修改伽利略变换？电磁学定律：实验验证是正确的伽利略变换?绝对时空观相对论时空观低速高速伽利略变换：适用于低速情况。高速情况？爱因斯坦：修改伽利略变换xxyyvzzOO),,,(),,,(tzyxtzyxP时空变换：同一事件在两个惯性系中的时空坐标和之间的变换关系。ttzzyyvtxx伽利略变换taxatzzyytaxax22211211爱因斯坦得出722222/1/1cvxcvttzzyycvvtxx逆变换/1/122222cvxcvttzzyycvtvxx一、爱因斯坦推导出：洛伦兹变换在伽利略变换中，时间与空间是相互分开的，这正符合我们按日常经验所建立起来的观念：时间与空间是“绝对”分开的两个概念。在洛伦兹变换式中，时间的变换不再与空间无关。8伽利略变换（绝对时空）cu洛仑兹变换（相对论时空）伽利略变换是洛仑兹变换的低速近似：22222cv1cv1xcvttzzyyvtxxttzzyyvtxx91、同时相对性二相对论时空观102、时间间隔的相对性高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．由光速不变原理便得到不同的时间间隔112、时间间隔的相对性对于车厢内的人：对于车厢外的人：cht22224vcht2tch2tv221cvtt——时间膨胀效应（动钟变慢）121971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照．实验结果与理论预言符合的很好．这是相对论的第一次宏观验证．爱因斯坦曾经预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动，返回原地时，它记录的时间比地面不动的钟会慢一些。——时间膨胀效应（动钟变慢）2、时间间隔的相对性221cvtt13早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中μ子的数量，结果与相对论预言完全一致．课本例题14先确定是动钟还是静止的钟，再确定对应的测时大小变化。【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？m/s3109v动钟s5tsctt000000002.510310915v128322测时=?变大低速情况，时间延缓效应很难发现！15双生子佯谬实际上这种佯谬误是不会发生的，由于两个时钟或两个双生子的运动状态并不对称（例如，飞离、返回要经历加、减速运动过程），其结果一定是哥哥的时钟变慢了。附：一对双生子，弟弟在地球上，哥哥乘火箭去做星际旅行，经过漫长岁月返回地球。爱因斯坦据相对论断言，二人经历的时间不同，重逢时哥哥将比弟弟年轻。许多人有疑问，据运动的相对性，弟弟看哥哥在运动，哥哥看弟弟也在运动，为什么不能是弟弟比哥哥年轻呢?因此这个爱因斯坦早已讨论清楚的问题，被许多人误认为相对论是自相矛盾的理论。我们的结论是：无论在那个参考系中，哥哥都比弟弟年轻。16车上的人看到的车厢的长度Lv车外的人看到的车厢的长度L/ll22cv1ll车厢运行速度v注意：长度缩短效应只发生在相对运动的方向上。如上例中的X轴方向上，在Y轴方向上无长度缩短效应。3、动尺变短（空间收缩效应）17运动直尺的长度收缩S系S'系v直尺AB相对S'系静止clt静2S系测量的运动直尺AB的长度l动222vcclvclvclt动动动21cvtt静止直尺的长度l静221cvll静动AB184、相对论质量物体的质量是否随着速度而变化？严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关系：220cv1mmm为运动质量m0为静止质量194、相对论质量微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响．1988年，中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功20物体的能量和质量之间存在着某种联系：物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：2mcE5、质能方程这就是著名的质能方程2mcE21牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关，时间与空间是一个统一的整体。三、相对论的时空观我们生活在低速运动的世界里，因此自然而然地接受了经典的时空观，过去谁都没有意识到时间与空间的性质，只有当新的实验事实引出的结论与传统观念不一致时，人们才回过头来认真思考过去对于空间和时间的认识．人类对于空间、时间更进一步的认识而形成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，不断发展、不断完善起来的。22相对论的时空观经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实验的检验．虽然相对论具有普遍性，但是经典物理学作为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用．23练习有关科学家和涉及的事实，正确的说法是A．哥白尼创立了日心说B．伽利略发现了行星运动规律C.惠更斯解决了弹性碰撞问题D．爱因斯坦提出了量子论(AC)24一列火车以速度v相对地面运动．如果地面上的人测得，某光源发出的闪光同时到达车厢的前壁和后壁，以下说法中正确的是A．火车上的人测得，闪光先到达前壁B．火车上的人测得，闪光先到达后壁C．火车上的人测得，闪光同时到达车厢的前壁和后壁D．条件不足，无法确定(A)练习25•有三个完全相同的时钟，时钟A放在地面上，时钟B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vB＜vC．对于地面上的观察者来说，则以下说法中正确的是•A．时钟A走得最慢B．时钟B走得最慢•C．时钟C走得最慢D．时钟C走得最快(C)练习26如果有一支静止时长30m的火箭，以光速的二分之一的速度从观察者的身边掠过，以下说法中正确的是A．地面上的观察者测得的火箭长为30mB．地面上的观察者测得的火箭长小于30mC．地面上的观察者测得的火箭长大于30mD．火箭上的观察者测得的火箭长为30m(BD)练习27阅读：相对论的速度叠加公式vu车外的人看到车上人相对地面的速度为：21cvuvuu