《物理》下册第八节-狭义相对论简介课件.ppt

1、一、一、时空观时空观 1 1时空观时空观 人们对时间和空间的物理性质认识不同，就构成了不同的时空观。（1）中国古代对空间的认识中国古代对空间的认识：中国古代“天圆地方”的说法，是古人对空间的认识。2 2时空观的进展时空观的进展 （2）古希腊古希腊对空间的认识对空间的认识：在两千多年前，古希腊哲学家亚里士多德认为，地球位于宇宙的中心，整个宇宙由环绕着地球的七个同心球壳组成，太阳、月亮、行星和恒星分别处在不同的球壳上，它们都围绕着地球做完美的圆周运动。（3）经典物理经典物理的时空观的时空观：经典物理从哥白尼的日心说出发，认为空间的延伸和时间的流逝都是绝对的，空间好像一个大盒子（一个无限大的盒子），

2、它是物质运动的场所，物质做怎样的运动，对空间没有影响，就像盒子里是否装东西，对盒子的性质没有影响一样。时间在一分一秒地均匀流逝，与物质的运动也无关。（4）相对论相对论的时空观的时空观：相对论认为，有物质才有空间和时间，物体的长度、时间、质量、物理过程、化学过程甚至还有生命过程的持续时间都和物体的运动状态有关。二、二、惯性参考系惯性参考系 火车静止时，车厢里的观察者和站台上的观察者都认为小球是静止的，因为作用在它上的合力为零。非常光滑的桌面上有一个的小球。二、二、惯性参考系惯性参考系 如果火车突然加速运动，站台上的观察者认为小球的位置没有变化，因为小球受力平衡，牛顿定律成立。a二、二、惯性参考系

3、惯性参考系 车厢的观察者发现小球向车尾方向作加速运动，小球所受合力仍然为零。合力为零而有了加速度，这是违背牛顿定律的，因此，相对于作加速运动的车厢参考系，牛顿定律不成立。a 1 1惯性参考系惯性参考系 牛顿力学定律成立的参考系叫做惯性参惯性参考系考系。2 2非惯性参考系非惯性参考系 牛顿力学定律不成立的参考系叫做非惯性参考系非惯性参考系。相对地球作匀速直线运动的参考系都是惯性参考系。三、三、狭义相对论的两个假设狭义相对论的两个假设 1 1相对性原理相对性原理 在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，这个假设通常称为爱因斯坦相对性原理相对性原理。2 2光速不变原理光速不变原理 真空中的光速

4、在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动没有关系，这个假设叫做光速不变原理光速不变原理。随着科学技术的发展和实验手段的不断提高，电磁学、光学和原子光谱的一些精密实验的现象和结果，应用牛顿的理论解释时，出现了不可克服的困难。1905年，爱因爱因斯坦在论运动物体的电动力学里提出了狭义相对论的两个基本假设。四、四、同时的相对性同时的相对性 假设一列很长的火车在沿平直的轨道飞快的匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，我们把闪光照到车厢的前壁和后壁，叫做发生了两个事件两个事件。121236912369a）b）vv四、四、同时的相对性同时的相对性 车厢里的观察者(图a)认为两个事件

5、是同时两个事件是同时的的，因为他看来车厢是惯性参考系，光向前、向后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光会同时到达前后两壁。121236912369a）b）vv四、四、同时的相对性同时的相对性 121236912369a）b）vv 站台的观察者（图b）认为，闪光先闪光先到达后壁，后到达后壁，后到达前壁到达前壁。因为地面也是惯性参考系，闪光向前和向后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向前后两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时刻也就晚些，这两个事件不同时两个事件不同时。四、四、同时的相对性同时的相对性 121236912369a）b）vv 两个事件

6、，在一个参考系中是同时的，在另一个参考系中就是不同时的，即同时是相对的同时是相对的。四、四、同时的相对性同时的相对性 因为火车运动的速度远小于光速，在光从车厢中央传播到前后壁的短暂时间内，火车前进不了多大距离，因此地面的观察者不会发现闪光到达前、后壁的时间差。为什么我们在日常生活中没有觉察到这种相对性？五、五、时间的相对性时间的相对性 1 1时钟时钟 任何具有重复性的过程都可以看作是时钟。设想有这样一种钟：一束光线从地板向上投射到装在天花板的平面镜上，被平面镜反射后再回到地板，把光线从发射到返回所用的时间间隔，叫做这个钟的单位时间，取其为1。1236912369va 当火车匀速通过站台时，对于

7、车厢中的观察者来说，闪光沿竖直线到达光源的正上方的平面镜后被反射，沿竖直线回到光源的位置，所用的时间是一个单位时间1，如图所示。12369b）12369 12369v 站台上的观察者从地面上看，在光的传播过程中，火车向前运动了一段距离，因此光线在传播过程中走的路径是斜线，如图b所示。因为光速不变，光线传播一个周期所用的时间将大于一个单位时间1。12369va）12369b）12369 12369v 结论结论：闪光从光源出发，经平面镜反射后又回到光源所经历的时间，地面上的人和车厢里的人测量结果不一样，地面上的人认为这个时间长些。如果火车的速度为v，地面观察者测得的时间为t，车厢中的观察者测得的时

8、间为t，严格的数学推导表明 21cttv，所以tt。可见从地面上观112cv由于察，火车上的时间进程变慢了，时间具有相对性时间具有相对性。2 2时间的相对性时间的相对性 运动时钟比静止的时钟慢，即时间时间具有相对性。具有相对性。v你们的测量不同时我们的测量是同时的六、六、长度的相对性长度的相对性 在不同的参考系中测量出一个杆的长度相等吗？杆沿着车厢运动的方向固定在高速运动的火车上（1 1）车厢中的人看杆是静止的，他利用固定在火车上的坐标轴，测出杆两端的位置坐标，坐标之差就是他测出的静止杆的长度。v你们的测量不同时我们的测量是同时的v你们的测量不同时我们的测量是同时的（2）地面上的人要测出车厢中

9、杆的长度，因为杆是运动的，为了使这种测量有意义，他必须同时同时测出杆两端的位置坐标。例如让两个人在地面上同时对杆的前端和后端拍快照，比较两张照片上空间坐标的差值，就得到了运动杆的长度。如果火车的速度为v，地面观察者测得的长度为l，车厢观察者测得的时间为l，严格的数学推导表明，所以ll，可见一个杆，当它沿着112cv由于自身的方向相对于测量者运动时，测得的长度比它静止时的长度小。火车上的人和地面上的人分别测量随车运动的杆长，结果不同，是因为同时是相对的。21cllvv你们的测量不同时我们的测量是同时的地面上的人认为是同时的两个事件，火车上的人认为不是同时的。由于火车是运动的，车上的人认为，地面上

10、的人对杆的前端拍照要早些，对杆的后端拍照要晚些，在这个时间内，杆向前运动了一段距离，因而地面上的人测得的杆长要短些。表明了长度的相对性长度的相对性。七、七、相对论质量相对论质量 1相对论力学与牛顿力学关于物体质量的认识 牛顿力学认为，物体的质量是不变的，若有一个确定的力作用在物体上，物体将产生一个确定的加速度。经过足够长的时间，物体的速度将一直增加，最终超过光速。相对论指出，光在真空中的速度是速度的极限。物体的质量与物体的运动速度有关。2在相对论力学中，物体以速度v运动时的质量m和它静止时的质量m0之间有下面的关系：201cmmv认为物体的质量没有发生变化，仍等于它的静止质量。当v c 时，由 知，mm0，可以201/cmmv 当物体的运动速度接近于光速时，它的质量明显的大于静止质量。例如，在加速器中被加速的粒子，速度达到0.8c、0.95c时，质量分别为 0020207.16.00.811mmcmcmmcv0020202.331.00.9511mmcmcmmcv八、八、质能关系质能关系 1 1爱因斯坦质能方程 式中的E是物体的总能量，它等于物体静止能量E0和动能Ek的和。E=mc22物体的动能2202200k211vvmcmccmEEE