第六章狹義相對(duì)論基礎(chǔ)主要內(nèi)容：狹義相對(duì)論的基本假設(shè)

相對(duì)論時(shí)空觀(guān)洛侖茲變換式相對(duì)論性質(zhì)量和動(dòng)量相對(duì)論性能量相對(duì)論性力和加速度間關(guān)系/m/47.html在兩個(gè)慣性系中考察同一物理事件一.伽利略變換設(shè)慣性系S和相對(duì)S運(yùn)動(dòng)的慣性系t時(shí)刻，物體到達(dá)P點(diǎn)§1力學(xué)相對(duì)性原理和伽利略變換正變換逆變換速度變換與加速度變換正逆兩個(gè)都是慣性系是恒量在兩個(gè)慣性系中二.牛頓的相對(duì)性原理在牛頓力學(xué)中：力與參考系無(wú)關(guān)質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)宏觀(guān)低速物體的力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中形式相同或牛頓力學(xué)規(guī)律在伽利略變換下形式不變?nèi)纾簞?dòng)量守恒定律三、經(jīng)典力學(xué)時(shí)空觀(guān)：長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量與參照系無(wú)關(guān)，且相互獨(dú)立、互不相關(guān)?！?狹義相對(duì)論的基本假設(shè)一.伽利略變換的困難1)電磁場(chǎng)方程組不服從伽利略變換2)光速C

邁克耳遜-莫雷的0結(jié)果3)高速運(yùn)動(dòng)的粒子英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文二.愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論基本假設(shè)1.一切物理規(guī)律在任何慣性系中形式相同---相對(duì)性原理2.在任何慣性系中光在真空中的速度都相同

——光速不變?cè)?）愛(ài)因斯坦的相對(duì)性理論是牛頓理論的發(fā)展討論一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律愛(ài)因斯坦2）光速不變與伽利略變換與伽利略的速度相加原理針?shù)h相對(duì)3）觀(guān)念上的變革牛頓力學(xué)革命性時(shí)間標(biāo)度長(zhǎng)度標(biāo)度質(zhì)量的測(cè)量與參考系無(wú)關(guān)速度與參考系有關(guān)(相對(duì)性)狹義相對(duì)論力學(xué)長(zhǎng)度時(shí)間質(zhì)量與參考系有關(guān)光速不變(相對(duì)性)在火車(chē)上分別放置信號(hào)接收器發(fā)一光信號(hào)中點(diǎn)放置光信號(hào)發(fā)生器愛(ài)因斯坦火車(chē)地面參考系

1.同時(shí)性的相對(duì)性--光速不變?cè)淼闹苯咏Y(jié)果，以愛(ài)因斯坦火車(chē)為例說(shuō)明§3同時(shí)性的相對(duì)性時(shí)間膨脹（同步鐘）研究的問(wèn)題兩事件發(fā)生的時(shí)間間隔發(fā)一光信號(hào)事件1接收到閃光事件2接收到閃光發(fā)出的閃光光速為同時(shí)接收到光信號(hào)？？事件1、事件2同時(shí)發(fā)生事件1、事件2不同時(shí)發(fā)生事件1先發(fā)生處閃光光速也為系中的觀(guān)察者又如何看呢？1)同時(shí)性的相對(duì)性是光速不變?cè)淼闹苯咏Y(jié)果2)相對(duì)效應(yīng)(總之；沿兩個(gè)慣性系相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中表現(xiàn)為同時(shí)的，在另一慣性系中觀(guān)察，則總是在前一慣性系運(yùn)動(dòng)的后方的那一個(gè)事件先發(fā)生。）3)當(dāng)速度u遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于c時(shí)，兩個(gè)慣性系結(jié)果相同隨運(yùn)動(dòng)迎著光比早接收到光討論2.時(shí)間膨脹y′x′udutdlM′A′C′C′S′系中，

A′處有光源閃光及時(shí)鐘C′。M′為反射鏡。第一事件：閃光從A′發(fā)出第二事件：經(jīng)發(fā)射返回A′y′x′udutdlM′A′C′C′S′系中：S系中：解之，可得：即：時(shí)間膨脹（固有時(shí)--同一地點(diǎn)發(fā)生的兩事件時(shí)間間隔其最短）或：如：雙生子效應(yīng)例1、一飛船以u(píng)=9×103m/s的速率相對(duì)與地面勻速飛行。飛船上的鐘走了

5

s,地面上的鐘經(jīng)過(guò)了多少時(shí)間？解：飛船的時(shí)間膨脹效應(yīng)實(shí)際上很難測(cè)出若u=o.998c飛船上招手用0.4秒相差50倍！為固有時(shí)例2、帶正電的介子是一種不穩(wěn)定的粒子，當(dāng)它靜止時(shí)，平均壽命為2.5×10-8s,之后即衰變成一個(gè)介子和一個(gè)中微子。今產(chǎn)生一束介子，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得它的速率為u=0.99c,并測(cè)得它在衰變前通過(guò)的平均距離為52m,這些測(cè)量結(jié)果是否一致？解：若用平均壽命t=2.5×10-8s和

u相乘，得7.4m,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符?？紤]相對(duì)論的時(shí)間膨脹效應(yīng)，t′是靜止介子的平均壽命，是固有時(shí)，當(dāng)介子運(yùn)動(dòng)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的平均壽命應(yīng)是：實(shí)驗(yàn)室測(cè)得它通過(guò)的平均距離應(yīng)該是：uΔt=53m,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好?！?長(zhǎng)度縮短討論沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度測(cè)量。強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)度兩端的坐標(biāo)必須同時(shí)測(cè)，尤其在相對(duì)被測(cè)長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)的參照系中。同時(shí)性是相對(duì)的，長(zhǎng)度測(cè)量必然是相對(duì)的。xx′A′B′x1B′A′A′B′固定在x′軸上，長(zhǎng)度為l0。求

S系中的長(zhǎng)度lS系中:

t1

時(shí)刻B′過(guò)

x1,t1+t時(shí)刻A′過(guò)x1

棒速度為u，t1+t時(shí)刻B′在

x2=x1+ut處。t是棒的兩端相繼通過(guò)S系中同一點(diǎn)兩事件的時(shí)間間隔S′系中認(rèn)為x1點(diǎn)相繼通過(guò)B′和A′，討論1、時(shí)間膨脹、長(zhǎng)度縮短都是相對(duì)效應(yīng)。2、當(dāng)速度u遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于c時(shí)，兩個(gè)慣性系結(jié)果相同。或：長(zhǎng)度縮短，相對(duì)靜止時(shí)測(cè)得的長(zhǎng)度稱(chēng)固有長(zhǎng)度

其最長(zhǎng)。據(jù)時(shí)間膨脹例1、原長(zhǎng)為5m的飛船以

u＝9×103m/s的速率相對(duì)于地面勻速飛行時(shí)，從地面上測(cè)量，它的長(zhǎng)度是多少？解：差別很難測(cè)出。若u=o.98c相差5倍！例2、試從π介子在其中靜止的參照系來(lái)考慮π