相对论的诞生 课件

提示:由相对论长度公式l=l0
1 (求v)2得。
c
【规范解答】当火箭速度较低时,长度基本不变,还是100km。
当火箭的速度达到0.6c时,由相对论长度公式l=l0 相应的数据解得:l=100× 1 0k.6m2 =80 km。
Hale Waihona Puke 【示范题】地面上长100km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以 30km/s的速度掠过,则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少? 如果火箭的速度达到0.6c,则火箭上的人看到的铁路的长度又 是多少?
【解题探究】(1)动尺变短在任何速度下都能明显地发生吗?
提示:只有高速(接近光速)时才能明显发生。
(2)当发生动尺变短时如何计算其长度?
2.长度的相对性: (1)经典的时空观:一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做 _相__对__运__动__而不同。 (2)相对论的时空观:长度也具有_相__对__性,一条沿自身长度方向 运动的杆,其长度总比杆_静__止__时的长度小。设相对于杆静止的 观察者认为杆的长度为l0,与杆有相对运动的人认为杆的长度为 l,杆相对于观察者的速度为v,则l、l0、v的关系是l=_l_0 _1___(_vc_)2_。
4.经典时空观和狭义相对论时空观: (1)经典时空观:空间和时间脱离物质而存在,是绝对的,空间和 时间没有联系,即与物质的运动无关。 (2)狭义相对论时空观:空间和时间与物质运动状态有关。
(1)尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗? 提示:尺子沿其长度方向运动时缩短,在垂直于运动方向长度不 变。 (2)以任何速度运动,时间延缓效应都很显著吗? 提示:不是。当v→c时,时间延缓效应显著;当v≪c时,时间延缓效 应可忽略。
第十五章 相对论简介 1 相对论的诞生
2 时间和空间的相对性
一、经典的相对性原理与狭义相对论的两个基本假设 1.经典的相对性原理: (1)惯性系:_牛__顿__运__动__定律能够成立的参考系。相对一个惯性 系做_匀__速__直__线__运动的另一个参考系也是惯性系。 (2)伽利略相对性原理:_力__学__规律在任何_惯__性__系中都是相同 的。
二、时间和空间的相对性 1.“同时”的相对性: (1)经典的时空观:在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个 事件,在另一个惯性系中观察也是_同__时__的。 (2)相对论的时空观:“同时”具有_相__对__性,即在同一个惯性系 中不同地点同时发生的两个事件,在另一个惯性系中观察_不__一__ _定__是__同__时__的。
1 ( v)2 中,
c
l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度,而l可以认为是杆
沿自己的长度方向以速度v运动时,静止的观察者测量的长度。
2.“动钟变慢”:时间间隔的相对性公式:Δt= 中,
1 (v)2 c
Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件
发生的时间间隔,而Δt是相对于事件发生地以速度v高速运动 的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔。
3.分析时间间隔和长度变化时应注意的问题: (1)时间间隔、长度的变化,都是由于物质的相对运动引起的一 种观测效应,它与所选取的参考系有关,物质本身的结构并没有 变化。 (2)两个事件的时间间隔和物体的长度,必须与所选取的参考系 相联系,如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空 间的尺寸,是没有任何意义的。
3.为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢? 在什么情况下,相对论效应比较明显? 提示:在平时生活中,物体运动的速度都非常慢,与光速c相比均 可忽略,因此我们觉察不到同时的相对性,相对论的所有效应都 不明显,但在参考系速度接近光速(一般都需0.9c以上)时,相对 论效应就明显表现出来了。
1.运动的时钟变慢是不是因为时钟的构造因运动而发生了改变? 提示:运动的时钟变慢是在两个不同的惯性系中进行时间比较的 一种效应,不是因为时钟的结构或精度因运动而发生了改变。
2.怎样理解“同时”的相对性? 提示:“同时”是指两个事件发生的时刻是相同的,“相同”是 观察者得出的结论,不同的观察者观察到的结果是不“相同”的。
(1)牛顿运动定律的适用条件是什么? 提示:宏观物体、低速运动和惯性参考系。 (2)伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同? 提示:伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同 的;狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同 的。
二、动尺变短与动钟变慢
1.“动尺变短”:狭义相对论中的长度公式:l=l0
2.狭义相对论的两个基本假设: (1)实验基础:不论光源与观测者做怎样的相对运动,光速都是 _一__样__的__。 (2)两个基本假设:
狭义相对 在不同的_惯__性__参考系中,一切_物__理__规 性原理 律都是相同的
光速不 变原理
真空中的光速在不同的惯性参考系中都 是_相__同__的
如何判断一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系? 提示:我们通常选大地是惯性参考系,相对于地面静止或做匀速 运动的物体都是惯性参考系;相对于地面做变速运动的物体都是 非惯性参考系。
1.静止或匀速直线运动的参考系是惯性系。 2.研究力学问题时可以选择任何惯性系,表达式越简单越好。 3.在经典时空观中空间和时间是绝对的,而在狭义相对论时空观 中空间和时间与物质的运动状态有关。 4.根据相对论中的假设,光速是不变的。 5.经典物理学认为空间与时间没有联系。
一、经典的相对性原理与狭义相对性原理 1.惯性系和非惯性系:牛顿运动定律能够成立的参考系为惯性 系,相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯 性系。牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。 2.伽利略相对性原理:力学规律在任何惯性系中都是相同的。
3.相对性原理与电磁规律:根据麦克斯韦的电磁理论,真空中的 光速在任何惯性系中都是一个常量,但是按照伽利略的相对性 原理,在不同惯性系中的光速应是各不相同的。迈克耳孙-莫雷 实验证明:不论光源与观察者做怎样的相对运动,光速都是相同 的。 4.爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设: (1)在不同的惯性参考系中,一切物理规律都是相同的; (2)真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。