《最新【大学课件】第六章-3相对论时空理论(共19张PPT课件).pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新【大学课件】第六章-3相对论时空理论(共19张PPT课件).pptx（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第六章第三节第六章第三节相对论时空相对论时空(sh kn)理论理论第一页，共十九页。ctxyo3 3 相对论时空相对论时空(sh kn)(sh kn)理论理论 一一 相对论时空相对论时空(sh kn)(sh kn)结结构构 设第一个事件时空坐标设第一个事件时空坐标(0,0,0,0),(0,0,0,0),第二个事件任意第二个事件任意(x,y,z,t)(x,y,z,t)则则 , , 为空间间隔为空间间隔. . 两事件用光信号联系两事件用光信号联系 两事件可用低于光速的信号联系两事件可用低于光速的信号联系 两事件不能用光信号联系两事件不能用光信号联系这种划分是绝对的这种划分是绝对的, ,与参照系无关
2、。与参照系无关。 再论间隔再论间隔 22222222zyxrrtCSr02Sctr，02Sctr，02Sctr，1 1、光锥、光锥(un zhu)(un zhu)- - 间隔分类的几何间隔分类的几何意义意义 类空间隔类空间隔类时间隔类时间隔00tt称为绝对将来称为绝对将来00tt称为绝对过去称为绝对过去0t00tor t0t因果关系因果关系? ?机动 目录 上页 下页 返回 结束 第二页，共十九页。2212212121cvxxcvtttt二二 因果律和相互作用的最大传播速度因果律和相互作用的最大传播速度 有因果关系的事件有因果关系的事件(shjin)(shjin)之间可用光和小于光速的信号联系
3、，之间可用光和小于光速的信号联系，发生于光锥之内。事件发生于光锥之内。事件(shjin)(shjin)先后顺序在各个参考系都不会改变。先后顺序在各个参考系都不会改变。这是因果律成立的必要条件。这是因果律成立的必要条件。 21,tt12tt12212xxcvttvcttxx212121P2P11,tx22,tx11,tx22,tx1212:ttxxu令2cuvcvcu信号传播是一个物理过程，传输时必然伴随能量。因此只要信号传播是一个物理过程，传输时必然伴随能量。因此只要能量传输的速度不超过能量传输的速度不超过 C C，则因果关系就不会倒置。，则因果关系就不会倒置。 机动(jdng) 目录 上页
4、下页 返回 结束 第三页，共十九页。2121xxtt ， 结论：结论：同时同地两事件，在任何同时同地两事件，在任何(rnh)惯性系中仍是同时同地事件惯性系中仍是同时同地事件 2121ttxx，设设 ) 0(12ttt) 0(12ttt结论：结论：同地不同时两事件，同地不同时两事件， 在其他惯性系中一般为不同地不在其他惯性系中一般为不同地不 同时事件，但时间顺序不会颠倒，即因果律不变。同时事件，但时间顺序不会颠倒，即因果律不变。 2121,xxtt若若 12xx) 0(12ttt若若 12xx) 0(12ttt结论：结论：同时不同地两事件，在其他惯性系中一般为不同时、不同时不同地两事件，在其他惯
5、性系中一般为不同时、不 同地事件同地事件 。2121xxtt，221cxvtt同时的相对性：不同的惯性系时间不再统一，否定了绝对时空同时的相对性：不同的惯性系时间不再统一，否定了绝对时空机动 目录 上页 下页 返回 结束 第四页，共十九页。结论：有因果关系的事情在任何结论：有因果关系的事情在任何(rnh)(rnh)惯性系都不会改变。惯性系都不会改变。例：在例：在系中观测石家庄和北京在同一时刻出生了两个小孩，系中观测石家庄和北京在同一时刻出生了两个小孩，在在 系（如坐飞船，系（如坐飞船，v v 接近光速）观测结果如何接近光速）观测结果如何(rh)(rh)？又？又: :一一个生孩子的过程在不同惯性
6、系的观测结果如何个生孩子的过程在不同惯性系的观测结果如何(rh)(rh)？ 飞船飞船(fi chun)(fi chun)从石家庄从石家庄北京北京12tt飞船从北京飞船从北京石家庄石家庄12tt 讨论生孩子的过程讨论生孩子的过程21xx 出生开始为出生开始为P P1 1，结束为，结束为P P2 2，出生过程在任何惯性系都不会颠出生过程在任何惯性系都不会颠倒，但过程的时间间隔不同。倒，但过程的时间间隔不同。(1)(1)从飞船上观测从飞船上观测12xx石家庄石家庄 x1北京北京 x2v12tt系系12tt 系系222c1/tvxtvc 机动 目录 上页 下页 返回 结束 v第五页，共十九页。21vt
7、xx221/cvxtty y z z 2/1cvuvuuxxx22/11cvuuuxyy22/11cvuuuxzz21tvddxdx221cvdxdtdtdzdz dydy 伽利伽利略速略速度度(sd)(sd)变换：变换：vuuxxyyuuzzuuvxxyyzzttvdxxddyyddzzddttd机动 目录 上页 下页 返回(fnhu) 结束 第六页，共十九页。分分析析1 1 v vc c，洛仑兹速度变换退化为伽利略变换，洛仑兹速度变换退化为伽利略变换0/)0(0/cucvcvx机动 目录(ml) 上页 下页 返回 结束 2 2 速度变换满足光速不变原理速度变换满足光速不变原理2/1cvuv
8、uu2/1cvcvccvcvcc 若若 u u = c , = c , 则可推出则可推出 若若 u u c , c , 则可证明则可证明u u c c 第七页，共十九页。二二 长度长度(chngd)收缩收缩 ( length contraction ) xxxx12 1.1.运动长度运动长度(chngd)(chngd)收缩收缩012l lxx x 1x2xvx1x2 0l：: 固有长度固有长度（又称原长）（又称原长）:12xxx 22221vtxx21111vtxx21tt xx1122 201l 201ll 机动 目录 上页 下页 返回 结束 第八页，共十九页。退化退化为经典结果为经典结果。
9、讨论讨论0lx 21x x 1x2xv0l固有长度固有长度（proper length）v例如例如(lr)：一汽车：一汽车m5 . 2l0 若速度若速度cv8 . 0smv/30若速度若速度 m1ll0 m1025. 1ll140 机动 目录 上页 下页 返回(fnhu) 结束 第九页，共十九页。21tvxx思考思考问题问题0 t 020l1lx 例例1 1 一静止长度为一静止长度为0l的火箭以恒定速度的火箭以恒定速度v 相对相对S 系运动，如图。系运动，如图。已知已知A 端发出一光信号，当信号端发出一光信号，当信号传到传到B 端时，需要多少时间？端时，需要多少时间？解：解：在在S 系中，系中
10、，c/l t0 在在S 系中，系中，?c/lt0 201ll 根据长度收缩公式，有根据长度收缩公式，有?c/lt 考虑考虑(kol)(kol)到尾端的推进，应为到尾端的推进，应为cvtltcvtl201clvcvct0vSABS机动(jdng) 目录 上页 下页 返回 结束 第十页，共十九页。三三 时间延缓（时间延缓（time dilation）1t2t1x2xv0 x1tv0 x2t tttt12 ：: tt t12 固有固有(gyu)时（原时）时（原时）221cxvtt2t10 x 因相对观察者运动的钟因相对观察者运动的钟比静止的钟走得慢，该比静止的钟走得慢，该效应又称运动时钟减慢效应又称
11、运动时钟减慢效应。效应。:机动 目录 上页 下页 返回 结束 第十一页，共十九页。 在不同惯性系中测量给定在不同惯性系中测量给定(i dn)两事件之间的时间间隔，测两事件之间的时间间隔，测得的结果得的结果(ji gu)以以。讨讨论论(tol(toln)n)112cv t （退化）（退化）MvSSLAB: : t 经历的时间经历的时间测量的时间测量的时间?t c/L2 222)21()21(Ltvtc211cL2t 可导出测量时间为可导出测量时间为 cL2机动 目录 上页 下页 返回 结束 第十二页，共十九页。s106 .28 cv9 . 0而在实验室参考系中测得的平均寿命为而在实验室参考系中测
12、得的平均寿命为21/t s100 . 68 8100 . 69 . 0ctvsm2 .16 解：解：vsm02. 7106 . 2c9 . 08 ？m0 .16机动 目录 上页 下页 返回 结束 第十三页，共十九页。例例3 3 子是子是19361936年由安德森（年由安德森（C. D. Anderson）等人在宇宙线）等人在宇宙线中发现的。它可自发中发现的。它可自发(zf)(zf)的衰变为一个电子和两个中微子。的衰变为一个电子和两个中微子。 自发自发(zf)(zf)衰衰变的平均寿命变的平均寿命(pn jn shu (pn jn shu mn)mn)子。子。地球地球(dqi)(dqi)上层大气中
13、时，会形成丰富的上层大气中时，会形成丰富的s1015. 26 ，当高能宇宙射线质子进入，当高能宇宙射线质子进入在离地面在离地面 m6000高空产生的高空产生的设来自太空的宇宙线设来自太空的宇宙线子，可否在衰变前到达地面？子，可否在衰变前到达地面？已知已知子相对于地球的运动速率为子相对于地球的运动速率为0.995vc21t s1015.25 Lv tm6418 在该时间内粒子运动的距离在该时间内粒子运动的距离在衰变前可到达地面。在衰变前可到达地面。 S 动，动，S 静静 Lvm8 .641 而而 S 系测量宇宙线离地面系测量宇宙线离地面201l L 600m在衰变前，粒子可与地球相遇。在衰变前，
14、粒子可与地球相遇。机动 目录 上页 下页 返回 结束 第十四页，共十九页。 小结：小结：21/t 201ll 孪生子效应孪生子效应(xioyng)（孪生子佯谬）简介（孪生子佯谬）简介明明明明(mngmng)(mngmng)亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮明明明明(mngmng)(mngmng)cv9998. 0202170究究竟竟谁谁年年轻？轻？1 1 具有加速度，超出了狭义相对论的理论范围。具有加速度，超出了狭义相对论的理论范围。2 19712 1971年的铯原子钟实验。年的铯原子钟实验。比静止在地面上的钟慢比静止在地面上的钟慢59 纳秒。纳秒。机动 目录 上页 下页 返回 结束 第十五页，共十九页
15、。解：先求尺的固有长度解：先求尺的固有长度 ，由尺缩，由尺缩0L（3 3）求）求 测到的尺长，由尺长收缩测到的尺长，由尺长收缩 L0ux0220u +vu +vu =1+u v/c1+u v cv 0Lxx0u （2 2）再求尺相对）再求尺相对 的速度的速度 ，尺相对，尺相对 系的速度为系的速度为 。利用反变换：。利用反变换：u0uu22001LLuc 0220LL =1-uc机动 目录(ml) 上页 下页 返回 结束 2022220/1/1/1cvucvLcuLL第十六页，共十九页。例例5 5：设某物体内部由两事件：设某物体内部由两事件P P1 1和和P P2 2 发生。在发生。在 系的观察
16、者测到该系的观察者测到该物体以速度物体以速度u u0 0 沿沿x x正向运动，正向运动， P P1 1、 P P2 2 发生的时间间隔为发生的时间间隔为 t t。今。今有有系相对系相对 以速度以速度v v沿沿x x反方向反方向(fngxing)(fngxing)运动，则运动，则P P1 1、 P P2 2 两事件的两事件的固有时间间隔为多少？在固有时间间隔为多少？在系测得的系测得的P P1 1、 P P2 2两事件的时间间隔为多两事件的时间间隔为多少？少？机动(jdng) 目录 上页 下页 返回 结束 作为作为(zuwi)课堂练习课堂练习22201)1 (cucutt220/1cut答案答案第
17、十七页，共十九页。习题习题(xt)： P290：思考题思考题2： 一个人扛一个一个人扛一个固有长度为固有长度为L L的梯子，以的梯子，以相对地面速度相对地面速度v v冲进一个冲进一个固有长度为固有长度为L L的厂房。当的厂房。当梯子末端刚进厂房时，梯梯子末端刚进厂房时，梯子的前端将处在什么子的前端将处在什么(shn (shn me)me)位置？位置？v思考题思考题1 1：两个相距两个相距L L 的的点光源，正好可用一长度点光源，正好可用一长度为为L L的挡板将它挡住。现的挡板将它挡住。现使挡板以速度使挡板以速度v v运动运动(yndng)(yndng)。试问挡板能否同时挡住这试问挡板能否同时挡住这两个点光源？两个点光源？ ABv机动 目录 上页 下页 返回 结束 v第十八页，共十九页。内容(nirng)总结狭义相对论。2、同地不时同事件。结论：同地不同时两事件， 在其他惯性系中一般为不同地不。四 洛伦兹变换下的速度变换公式。1 vc，洛仑兹速度变换退化为伽利略变换。已知A 端发出(fch)一光信号，当信号。固有时（原时）。 否定绝对时空观。 孪生子效应（孪生子佯谬）简介。相对于惯性系转速越大的钟走得越慢与孪生子效应一致。今有系相对以速度v沿x反方向运动，则P1、 P2 两事件的固有时间间隔为多少。B第十九页，共十九页。