第三节狭义相对论的其他结论

第三节狭义相对论的其他结论安陆市第一高级中学狭义相对论一、狭义相对论的两个基本假设：1、相对性原理：2、光速不变原理：测量技术：测量物体位置必须用本地尺，测量事件发生时间必须用本地钟。1、同时的相对性：1）同地同时是绝对的。2）异地同时是相对的。二、相对论时空观2、时序的相对性1）有因果关系的时序是绝对的。2）无因果关系的时序是相对的。3、尺缩效应1）原长和运动长度3、尺缩效应——纵向效应1）.原长和运动长度2201cvll2）.尺缩公式4、钟慢效应1）.固有时和两地时2）.钟慢公式221cvt•(1)相对论的速度叠加由于时间和空间的相对性，对于物体的速度，在某一惯性系S’内观测，要用S’系的时间和空间坐标表示；在另一惯性系S内观测，要用S系的时间和空间坐标表示。这样，速度叠加公式就不再是绝对时空的速度叠加公式了。假如S’和S两系的坐标轴相平行，S’以速度ν沿x轴而运动，一质点以u’相对S’沿x’轴而运动，则相对S，其速度u为•这是相对论的速度叠加公式。如果u’＜c，则u＜c；如果u’＝c(光速)，则u＝c．与相对论的时空概念相协调。21cvuvuu一、相对论的速度变换公式地面上的人看到车上人相对地面的速度为：21cvuvuu车对地的速度为v，人对车的速度为u/vu21cvuvuu说明：如果车上人运动方向与火车运动方向相反，则u’取负值一、相对论的速度变换公式例1地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×l08m／s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×l08m／s跟随A飞行。求：（1）A上的乘客看到B的相对速度；（2）B上的乘客看到A的相对速度。中国航天A中国航天B1u=xvvc2uxux=1.125×108m/s2.5×108=2.0×1089.0×1016×2.5×1082.0×1081=ux2.0×108m/s=v2.5×108m/s解：(1)设地球为K系，飞船A为K′系。由已知条件可知K′系相对K系是速度为飞船B在K系中的速度为飞船B在K′系中的速度为中国航天A中国航天BK′Kuvx(2)设地球为K系，飞船B为K′系。由已知条件可知K′系相对K系是速度为=ux2.5×108m/s=v2.0×108m/s飞船A在K系中的速度为1u=xvvc2uxux=1.125×108m/s2.0×108=2.5×1089.0×1016×2.0×1082.5×1081飞船A在K′系中的速度为中国航天A中国航天BKuxK′vux´•(2).质量和速率的关系在经典物理的概念里，一个物体的质量为一常量，与物体的运动状态无关。但是在相对论理论里，质量和运动的速度有关。物体的静止质量m0是一常量，相对任何惯性系均为m0，而物体以速度ν运动时，它的(运动)质量m为•质量随速率增加而变大，实验完全证实了这个公式。从质量和速度的关系式可以看出，当物体速度趋近于光速时，质量将趋向无限大。这是不可能的。一切物体的速度都永远小于真空中的光速。201cvmm二、相对论质量物体的运动速度不能无限增加，那么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：201cvmmm为运动质量m0为静止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例2如一观察者测出电子质量为2m。，问电子速度为多少？（m。为电子的静止质量）21=v21c20.866vc==23c2m0=v21c2m0解：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：爱因斯坦三、质能方程这就是著名的质能方程2mcE质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系.0EEEk2mcE物体的动能运动时的能量静止时的能量201cvmm2021vmEk在v＜＜c时的一种近似,这就是动能表达式．例3设电子的速度为(1)1.0×106m/s;(2)1.0×108m/s,试计算电子的动能各是多少？如用经典力学公式计算电子动能又各为多少？Emck112=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=4.55×10-19J=×0.511×106×1.602×10-19()11213001解：(1)按《相对论》计算当电子的速度为v1=1.0×106m/s时的动能Emck222=mc02=v21c2mc02mc021()=v21c2mc021=2.79×10-14J=×0.511×106×1.602×10-19()11213.02.0当电子的速度为v2=1.0×108m/s时的动能(2)按《经典力学》计算mv12021Ek1==21×9.1×10-31×(1.0×106)2=1.82×10-14J=4.55×10-19J=×9.1×10-31×(1.0×108)221mv22021Ek2=