狭义相对论——应用

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1、第13讲狭义相对论——应用第13讲：狭义相对论——应用内容：§18－4，§18－51．狭义相对论的时空观（50分钟）2．光的多普勒效应3．狭义相对论动力学的几个结论（50分钟）4．广义相对论简介要求：1．理解狭义相对论的时空观，包括同时性的相对性、长度的收缩与时间的延缓2．了解光的多普勒效应。3．掌握狭义相对论动力学的几个结论，明确当物体运动速度V〈〈C时，相对论力学过渡到牛顿力学，牛顿力学仅适用于低速动动的物体。4．了解广义相对论的意义。重点与难点：1．狭义相对论时空观的理解。2．狭义相对论动力学的主要结论。作业：

2、问题：P213：7，8，9，11习题：P214：11，12，13，14复习：l伽俐略变换式牛顿的绝对时空观l迈克尔逊－莫雷实验l狭义相对论的基本原理16第13讲狭义相对论——应用§18－4狭义相对论的时空观OutlookonTime_spaceofSpecialTheoryofRelativity一、同时的相对性（RelativityofSimultaneity）：1．概念狭义相对论的时空观认为：同时是相对的。即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的。例如：在地球上不同地方同时出生的

3、两个婴儿，在一个相对地球高速飞行的飞船上来看，他们不一定是同时出生的。2．例子：Einstein列车：以u匀速直线运动，车厢中央有一闪光灯发出信号，光信号到车厢前壁为事件1，到后壁为事件2；地面为S系，列车为S'系。在S'系中，A以速度v向光接近；B以速度v离开光，事件1与事件2同时发生。在S系中，光信号相对车厢的速度v’1=c-v，v’2=c+v，事件1与事件2不是同时发生。即S'系中同时发生的两个事件，在S系中观察却不是同时发生的。因此，“同时”具有相对性。说明：Lorentz速度变换式中，是求某质点相对于某参考

4、系的速度，不可能超过光速。而在同一参考系中，两质点的相对速度应该按矢量合成来计算。2．解释：在S'系中，不同地点x1'与x2'同时发生两件事t1'=t2'，Δt'=t1'-t2'=0，Δx'=x1'–x2'在S系中由于Δt'=0。Δx'=x1'–x2'≠0，故Δt≠0。可见，两个彼此间作匀速运动的惯性系中测得的时间间隔，一般来说是不相等的。即不同地点发生的两件事，对S'来说是同时发生的，而在S系中不一定是同时发生的。若Δx'=x1'–x2'=0，则Δt=16第13讲狭义相对论——应用0，即是同一地点同时发生的两件事，

5、则在不同的惯性中也是同时发生的。3．进一步说明：若t1'

6、证明，关连事件的时序具有绝对性。*同时性的相对性否定了各个惯性系具有统一时间的可能性，否定了牛顿的绝对时空观。*事件的因果关系不会颠倒，如人出生的先后假设在S系中，t时刻在x处的质点经过Δt时间后到达x+Δx处，则由：得到因为v≯c，u≯c，所以Δt’与Δt同号。即事件的因果关系，相互顺序不会颠倒。二、长度的收缩（LengthContraction）——洛伦兹收缩S'、S系，棒l相对于S'静止于OX’轴，棒长（固有长度，ProperLength）l=x2'-x1'用S的坐标表示，则，同时测量t1=t2，则即或1.固有

7、长度观察者与被测物体相对静止时，长度的测量值最大，称为该物体的固有长度（或原长），用l0表示。即16第13讲狭义相对论——应用2.洛伦兹收缩（长度缩短）观察者与被测物体有相对运动时，长度的测量值等于其原长的倍，即物体沿运动方向缩短了，这就是洛伦兹收缩（长度缩短）。结论：1.相对观察者静止，其长度测量值大；2.相对观察运动，则在运动方向上缩短，只有原长的倍；3.在与运动垂直的方向上长度不变。汤普斯金的误解（伽莫夫——物理世界奇遇记，科普读物）：高速运动的物体变扁。这是不对的，长度收缩效应只能测量出来，是看不出来的。直到

8、1955年，JamesTorrel等人才开始纠正了这个错误。长度收缩效应是时空属性，并不是由于物体运动引起物体之间的相互作用而产生的实在的收缩。应该强调的是，狭义相对论中的长度收缩完全是相对的。三、时间的延缓（TimeDilation）：——时间膨胀S'系中处有一静止的钟，两事件发生在同一地点x'，对于时刻t1'、t2'，时间间隔（固有时间，P