高二物理競賽課件：狹義相對論基礎(chǔ)

1、一、洛侖茲變換二、狹義相對論動力學(xué)基礎(chǔ)狹義相對論基礎(chǔ)一、洛侖茲坐標(biāo)變換式（同一事件在不同參考系之間的坐標(biāo)變換）二、相對論速度變換相對論的質(zhì)速關(guān)系二、狹義相對論動力學(xué)基礎(chǔ)1.相對論動力學(xué)基本方程：1）時間膨脹（固有時間最短）相對論時空變化時間膨脹（動鐘變慢）或者：一個物理過程用相對于它靜止的慣性系上的標(biāo)準(zhǔn)時鐘測量到的時間間隔。固有時間：同一地點先后發(fā)生兩事件的時間間隔。時間膨脹效應(yīng)具有相對性，相互發(fā)現(xiàn)對方的鐘走慢了（對方經(jīng)歷的時間變長）。對參考系做相對運動的同一物體尺度變短。2）長度收縮（固有長度最長）固有長度：物體相對參考系靜止時測得的長度。長度收縮效應(yīng)具有相對性，相互發(fā)現(xiàn)對方的“尺”縮短了。

2、2. 相對論質(zhì)量和能量的關(guān)系靜止能量運動能量在相對論中：3.相對論動量和能量的關(guān)系由質(zhì)量關(guān)系E時間延緩的實驗驗證：1966-1967年歐洲原子核研究中心（CERN）對粒子進(jìn)行了研究。粒子是一種基本粒子，在靜系中測得的壽命為0=2.210-6秒.當(dāng)其加速到v=0.9966C時,它漂移了八公里.依牛頓定律,壽命不變,故漂移距離為:依相對論:當(dāng)粒子加速至於0.9966C時,壽命為:故漂移的距離為:與實驗情況吻合得很好!時間膨脹效應(yīng)具有相對性。若在 S 系中同一地點先后發(fā)生兩事件的時間間隔為t （為固有時間）， S 系中時間間隔若在 S系中同一地點先后發(fā)生兩事件的時間間隔為t （為固有時間）， S系中

3、時間間隔注意孿生子佯謬twin paradox一對雙生兄弟:“明明”和“亮亮”,在他們10歲生曰的時候 ,亮亮坐宇宙飛船去作一次星際旅游,飛船一去一回作勻速直線運動,速度為0.9998C.亮亮在天上過了一年,回到地球時,明明已多大年齡?取飛船為K系，地球為K系，飛船飛出為事件“1”，飛回為事件“2”對K系：對K系：.明明亮亮.老朽60歲了！.你可真年輕??！孿生子佯謬twin paradox 1971年國際上將銫原子鐘放在速度為10-6C的飛機上環(huán)繞地球飛行，然后與地面上的鐘比較，發(fā)現(xiàn)飛機上的鐘慢了。實際上是一個廣義相對論的問題，此分析與廣義相對論的結(jié)論一致。 這就是孿生子佯謬，明明和亮亮到底是

4、誰年輕呢？人們迷惑不解。有些人用這來攻擊相對論。其實不是相對論有問題。是人們不恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用了相對論。相對論只適用于慣性系，飛船一去一回要加速和減速，不是慣性系，因此飛船上的結(jié)論是不正確的。地球上明明年老的結(jié)論是正確的。 例1、設(shè)想一光子火箭以 速率相對地球作直線運動 ，火箭上宇航員的計時器記錄他觀測星云用去 10 min , 則地球上的觀察者測此事用去多少時間 ？運動的鐘似乎走慢了.解 設(shè)火箭為 系、地球為 K 系長度收縮o z y x oxyz尺相對k系靜止固有長度：k系測得尺的長度：問題：測量尺子兩端的坐標(biāo)時，K系及K 系是否同時？長度縮短！結(jié)論:1）對本參考系做相對運動的尺變短：2）運動參

5、考系中所有物體沿運動方向的尺度縮短了。 說明：（1）長度收縮效應(yīng)具有相對性。在S系中的觀察者在S系中的觀察者即看人家的“尺”短。（2）當(dāng) v c 時，(3)垂直于棒運動方向上長度不變(4)長度縮短并非物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,而是一種運動學(xué)效應(yīng)!例、一宇宙飛船靜止在地面時長為20米，當(dāng)其以0.99C飛行時，地面觀測者測得宇宙飛船長多少？解：由題意，K系中飛船靜長故K系測得的長度K系K系K系此空姐變苗條了例、設(shè)想有一光子火箭， 相對于地球以速率 直線飛行，若以火箭為參考系測得火箭長度為 15 m ，問以地球為參考系，此火箭有多長 ？火箭參照系地面參照系解固有長度運動長度火箭參照系地面參照系解：例、一長為l米的棒，相對于k系靜止并與x 軸夾= 45角。問：在k系的觀察者來看，此棒的長度以及它與x軸的夾角為多少？（已知 ）Kk由長度收縮效應(yīng)，長度在運動方向收縮經(jīng)典時空觀：相對論時空觀： 空間是絕對的，時間是絕對的，空間、時間和物質(zhì)運動三者沒有聯(lián)系。a. 時間、空間有著密切聯(lián)系，時間、空間與物質(zhì) 運動是不可分割的。b.不同慣性系各有自己的時間坐標(biāo)，并相互發(fā)現(xiàn) 對方的鐘走慢了。相對性與絕對性 c. 不同慣性系各有自己的空間坐標(biāo)，并相互發(fā)現(xiàn) 對方的“尺”縮短了。 d. 作相對運動的兩個慣性系中所測得的運動物體 的速度，不僅在相對運動的方向上的分量不同， 而且在