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1、高速世界高速世界 -相相对论 2021/8/11 星期三1一、相对论概述 相相对论主要是关于物主要是关于物质运运动与与时间空空间关系的理关系的理论.其中局限于其中局限于惯性参考系的理性参考系的理论称称为狭狭义相相对论，推广到一般参考系和包括引力，推广到一般参考系和包括引力场在内的理在内的理论称称为广广义相相对论.提出原因：提出原因：迈克克尔孙莫雷莫雷实验结论与与经典典时空空观及衍生出的以太学及衍生出的以太学说相相违背背.A.Einstein通通过对电磁理磁理论研究，意研究，意识到到实验的的困境是由于困境是由于时空空观造成的造成的.于是，他于是，他彻底抛弃底抛弃“以以太太”的概念，提出相的概念，
2、提出相对论的两条基本假的两条基本假设.基于基于这两条基本原理，两条基本原理，爱因斯坦建立了狭因斯坦建立了狭义相相对论，把，把物理学推物理学推进到高速到高速领域域.2021/8/11 星期三2二、经典时空观与相对论时空观 经典时空观经典时空观时间和空和空间彼此独立、互不关彼此独立、互不关联，且不受物，且不受物质或运或运动的影响的影响 经典时空观的几个基本结论：经典时空观的几个基本结论：同同时的的绝对性性 时间间隔的隔的绝对性性 空空间距离的距离的绝对性性2021/8/11 星期三3二、经典时空观与相对论时空观 相对论时空观相对论时空观1.1.1.1.狭义相对论的理论前提狭义相对论的理论前提狭义相
3、对论的理论前提狭义相对论的理论前提 相对性原理相对性原理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在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.光速不变原理光速不变原理光速不变原理光速不变原理 不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同.2.2.2.2.狭义相对论的基本结论狭义相对论的基本结论狭义相对论的基本结论狭义相对论的基本结论 时间延缓效应：运动
4、的时钟变慢时间延缓效应：运动的时钟变慢时间延缓效应：运动的时钟变慢时间延缓效应：运动的时钟变慢2021/8/11 星期三4二、经典时空观与相对论时空观 长长度收度收度收度收缩缩效效效效应应：运：运：运：运动动的尺子的尺子的尺子的尺子缩缩短短短短 质质速关系：物理速关系：物理速关系：物理速关系：物理质质量随着速度的增大而增量随着速度的增大而增量随着速度的增大而增量随着速度的增大而增大大大大 质质能关系：能关系：能关系：能关系：质质量和能量是物量和能量是物量和能量是物量和能量是物质质不可分离的不可分离的不可分离的不可分离的属性属性属性属性【注意注意注意注意】只有高速运动时，以上效应才明显只有高速运
5、动时，以上效应才明显只有高速运动时，以上效应才明显只有高速运动时，以上效应才明显2021/8/11 星期三5(1)时间延缓效应2021/8/11 星期三6(1)时间延缓效应分析：在此过程中，车上的钟走过的时间分析：在此过程中，车上的钟走过的时间为为 ，称固有时，称固有时.静止在地面上的观察静止在地面上的观察者看来，由于列车在高速行驶测得该过者看来，由于列车在高速行驶测得该过程经历的时间为程经历的时间为设车厢高度高度为h，列，列车行行驶速度速度为v,则2021/8/11 星期三7【例例题题】A A、B B、C C是是三三个个完完全全相相同同的的时时钟钟，A A放放在在地地面面上上，B B、C C
6、分分别别放放在在两两个个火火箭箭上上，以以速速度度vBvB和和vCvC朝朝同同一一方方向向飞飞行行，vBvCvBvC，地地面面上上的的观观察察者者认认为为哪个哪个时钟时钟走得最慢？哪个走得最快？走得最慢？哪个走得最快？疑问解释疑问解释疑问解释疑问解释运动的时钟变慢运动的时钟变慢运动的时钟变慢运动的时钟变慢【答案答案答案答案】C C时钟走最慢，时钟走最慢，时钟走最慢，时钟走最慢，A A走最快。走最快。走最快。走最快。2021/8/11 星期三8(2)长度收缩效应 设一个一维物体，相对于它静止的观测者测其长度为设一个一维物体，相对于它静止的观测者测其长度为(静止长度或固有长度静止长度或固有长度)，
7、该物体相对另一惯性系沿自身长，该物体相对另一惯性系沿自身长度方向以匀速度方向以匀速运动，则在此惯性系中的观察者测该物体运动，则在此惯性系中的观察者测该物体的长度为：的长度为：2021/8/11 星期三9(3)质速关系 当物体在所处的惯性系静止时，它具有最小的质量当物体在所处的惯性系静止时，它具有最小的质量m0,这这个质量叫静止质量个质量叫静止质量.若物体以速度若物体以速度相对某惯性系运动时，相对某惯性系运动时，在这个惯性系观测它的质量为：在这个惯性系观测它的质量为：表明：表明：2021/8/11 星期三10(3)质速关系 高速运动的物体其质量测得值会非常大，并随着速度趋于光速c而无限增大.但事
8、实告诉我们，但事实告诉我们，一个真实的物体质量一个真实的物体质量是确定值、有限大是确定值、有限大结论：结论：一个真实的、静止质量不为零的一个真实的、静止质量不为零的物体，相对任何惯性的运动速度都不可能物体，相对任何惯性的运动速度都不可能达到或超过光速达到或超过光速c.2021/8/11 星期三11(4)质能关系 按照相对论及基本力学定律可推导出质量和能量具有按照相对论及基本力学定律可推导出质量和能量具有如下关系：如下关系：-著名的著名的质能关系式能关系式说明：明：（1）质量和能量是物量和能量是物质不可分离的属性；不可分离的属性；（2）能量）能量变化量和化量和质量量变化量关系式化量关系式为：（3）任何静）任何静质量不量不为零的物体都零的物体都贮存着巨大的能量：存着巨大的能量：2021/8/11 星期三12三、课堂小结 通过本节课的学习，大家初步了解了经典时空观和相对论时空观，知道了相对论对人类认识世界的影响，也知道了爱因斯坦等物理学家们的超凡智慧.其实人类对世界的认识还远未结束，正等待着人类去开发、探索.通过对相对论的初步通过对相对论的初步了解，你是否从中感了解，你是否从中感受到了什么呢？受到了什么呢？谢谢！2021/8/11 星期三132021/8/11 星期三14