1、2018/7/9,相对论2-yao,1,经典力学时空观：,在所有惯性系中，时间和空间相互独立，彼此无关，与参照系无关 (绝对量),在所有惯性系中，时间和空间有关系，与参照系有关（相对量）,相对论时空观：,（默认）,逆变换的规则: u变号、 撇易位,伽利略坐标变换,洛仑兹坐标变换,内容回顾,2018/7/9,相对论2-yao,2,本次课由洛仑兹变换推出相对论时空观的三个重要结论：,6.2 狭义相对论时空观,2018/7/9,相对论2-yao,3,一、长度的相对性,静止在S系,S系:,S系:,根据洛仑兹变换：,结论：运动的尺子变短！,长度收缩公式,（静止长度）,（运动长度）,（固有长度）,2018
2、/7/9,相对论2-yao,4,说明：,（5） 物体沿运动方向长度收缩，垂直运动方向不收缩,（6）长度收缩是互逆的，别人的尺子都比自己的短,（7）长度收缩是观测效应，与热胀冷缩不同。,y=y z=z .y=y z=z ,（2）尺定，静止尺长度 L0 是不变量,（4）,与经典结论相同,运动尺长度 L是变量,（1）成立前提：尺必须相对一个参照系静止,2018/7/9,相对论2-yao,5,矩形钢板米尺，长100cm，宽2cm，问尺子怎样运动，看起来变成正方形。,例题1：,静止长度,运动长度,宽度不变,尺子沿长度方向以 0.9998c 的速度运动。,解：,解题关键：找 L 和 L0 -观察者看是运动
3、长度还是静止长度,2018/7/9,相对论2-yao,6,2018/7/9,相对论2-yao,7,二、时间的相对性,S系:,S系:,A：,B：,S系,A：,B：,S系,结论：运动的过程变长;,时间膨胀公式,（固有时间） (静止过程),(运动过程),运动的钟变慢！,2018/7/9,相对论2-yao,8,（4）时钟变慢是互逆的-别人的钟都比自己的钟走得慢；,说明：,（5）运动的钟变慢是观测效应，不是不准；,运动中的一切过程（与时间有关的节律）都变慢包括：人心跳变慢、寿命变长 人说话声音的频率降低(声音变粗)、话音变长,（3）当 时,(2)在不同的惯性系中测量同一过程经历的时间， 静止过程(同地事
4、件)的时间间隔最短。,(1)成立前提：两个事件在一个参照系中必须是同地发生的,2018/7/9,相对论2-yao,9,科学幻想实验:,姐姐在地面上，妹妹在高速飞行的飞船上。,姐姐,妹妹,两个孪生姐妹的对话,在地面上听：姐姐：“妹妹，我看你的身高变矮了，你感觉怎么样？”妹妹：“我-很-正-常，没-有-变-矮！”（声音粗而慢）,在飞船上听：妹妹：“姐姐，我看你变瘦了，你感觉怎么样？”姐姐 ：“我-也-很-正-常，没-有-变-瘦！”（声音粗而慢）,2018/7/9,相对论2-yao,10,例题2：,科学实验-介子问题,介子静止时的寿命,介子出生地距离地面的高度,介子的运动速度,问：在地面上能否接收到
5、介子？, 由经典物理学,解：,在地面上接收不到介子,在介子存活的时间内走行的距离,2018/7/9,相对论2-yao,11,由相对论物理学,在地面上测介子寿命,在介子存活的时间内走行的距离,解题关键：找和0-观察者看是运动过程还是静止过程,在地面上能收到介子,实验证明相对论的结论是正确的,2018/7/9,相对论2-yao,12,三、同时性的相对性,在某一参照系内，同时发生的两事件，在另 一个参照系是否是同时发生的？,1、经典力学对同时性的理解,在一个参照系内，同时发生的两事件，在其它任何一个参照系内观测，总是同时发生的。,同时性是绝对的！,考查：,结论：,2018/7/9,相对论2-yao,
6、13,在 S系测：光信号到达A、B 的事件同时发生。,在 系测：光信号传播过程中，车又往前开了 先到A，后到B 。,同时性是相对的！,结论：,在一参照系中同时发生的事件，在另一参照系中看，沿相对运动方向后方事件先发生！,2、相对论对同时性的理解,2018/7/9,相对论2-yao,14,A,B,两事件：,讨论：同时相对性的几种情况,由洛伦兹变换,2018/7/9,相对论2-yao,15,异时,同地,异时,在一个惯性系中同一地点不同时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，发生在不同时刻,同时,异地,异时,在一个惯性系中不同地点同一时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，发生在不同时刻,(1)
7、,(2),2018/7/9,相对论2-yao,16,(3),异时,异地,异时,在一个惯性系中不同地点不同时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，,若,则,发生在不同时刻,一般情况下:,特殊情况下:,发生在同一时刻,S 系,S系,意 义,2018/7/9,相对论2-yao,17,同时,同地,同时,在一个惯性系中同一地点同一时刻发生的两个事件，在另一个惯性系中观察，发生在同一时刻,(4),结论:,2018/7/9,相对论2-yao,18,开枪,鸟死,在S(地面) 中：,先开枪（原因），鸟后死（结果）,能否鸟先死（结果），后开枪（原因）？,在S(飞船) 中：,讨论：在相对论中，因果关系是否成立,结
8、论：,在相对论中，因果关系仍然成立，与参照系无关,2018/7/9,相对论2-yao,19,例题3：,北京至上海的直线距离为1000公里，在同一时刻从两地同时开出两列火车，现有一航天飞机沿北京至上海以 u=9 km/s 飞行，求： 宇航员观察两列火车是否同时开出？结果如何？,解：,在 系(地面)中：,则在 系(飞机)：,上海先发车，北京后发车！,2018/7/9,相对论2-yao,20,一、长度的相对性(尺缩),二、时间的相对性(钟慢),L0-静止尺长，L-运动尺长,-静止过程,内容小结,-运动过程,运动的尺变短,运动过程变长或运动的钟变慢,2018/7/9,相对论2-yao,21,注意:,“
9、同地”指沿X轴上同一点; “异地”指沿X轴上不同两点,因果关系仍然成立，与参照系无关,相对论物理学=经典物理学,三、同时性的相对性,2018/7/9,相对论2-yao,22,解：K 系中,K系中：,10、边长为 a 的正方形薄板静止于惯性系 K 的 xoy 平面内，且两边分别与 x、y 轴平行，今有惯性系 K 以 0.8c（c为真空中光速）的速度相对于K 系沿x 轴作匀速直线运动，则从 K 系测得薄板的面积为：,2018/7/9,相对论2-yao,23,6、一宇航员要到离地球为5 光年的星球去旅游，如果宇航空员希望把这路程缩短为3 光年，则他所乘的火箭相对于地球的速度 u 应是：,解：,201
10、8/7/9,相对论2-yao,24,9、有一直尺固定在K系中，它与ox轴的夹角 45,如果K系以匀速度沿Ox方向相对于K系 运动，K系中观察者测得该尺与Ox轴的夹角 (A) 大于45 (B) 小于45 (C) 等于45 (D) 当K系沿Ox正方向运动时大于45，而当 K系沿Ox负方向运动时小于45,2018/7/9,相对论2-yao,25,7、K系与K系是坐标轴相互平行的两个惯性系，K系相对于K系沿Ox轴正方向匀速运动一根刚性尺静止在K系中，与Ox轴成 30角今在K系中观测得该尺与Ox轴成 45角，则K系相对于K系的速度是： (A) (2/3)c (B) (1/3)c (C) (2/3)1/2
11、c (D) (1/3)1/2c,解：,2018/7/9,相对论2-yao,26,5、在某地发生两件事，静止位于该地的甲测得时间间隔为4s，若相对于甲作匀速直线运动的乙测得时间间隔为5s，则乙相对于甲的运动速度是(c 表示真空中光速),解：根据时间膨胀公式,2018/7/9,相对论2-yao,27,13、两个惯性系 S 和 S，沿x (x)轴方向作匀速相 对运动. 设在S系中某点先后发生两个事件，用静止于该系的钟测出两事件的时间间隔为t0 ，而用固定在S系的钟测出这两个事件的时间间隔为t 又在S系x轴上放置一静止于是该系,长度为l0 的细杆，从S系测得此杆的长度为l , 则 (A) t l0 (
12、C) t t0；l l0 (D) t t0；l l0,2018/7/9,相对论2-yao,28,8、(1). 对于某观察者来说，发生在某惯性系中同一地点，同一时刻的两个事件，对于对该惯性系以匀速度作直线运动的其它惯性系中的观察者来说，它们是否同时发生？ (2). 在一惯性系中发生于同一时刻，不同地点的两个事件，它们在其它惯性系中是否同时发生？,(A) (1)同时， (2)不同时(B) (1)不同时，(2)同时(C) (1)同时， (2)同时(D) (1)不同时，(2)不同时,(1)、,(2)、,解：由洛仑兹变换得,2018/7/9,相对论2-yao,29,12、关于同时性的以下结论中，正确的是 (A)在一惯性系同时发生的两个事件，在另一惯性系一定不同时发生。 (B)在一惯性系不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系一定同时发生。 (C)在一惯性系同一地点同时发生的两个事件，在另一惯性系一定同时发生。 (D)在一惯性系不同地点不同时发生的两个事件，在另一惯性系一定不同时发生。,解：利用同时性的相对性,
