狭义相对论--科普味资料

t v 1 c
2
4h 2 c2 v2
时间间隔的相对性 在站台上看运 动火车上的钟
在火车上看运 动站台上的钟
长度的相对性
l
v
l
车厢运行速度240000km/s
车上的人看到的车厢的长度： l
车外的人看到的车厢的长度： l
v l l 1 c
2
1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞 行，然后与地面的基准钟对照．实验结果与理论预言符合的 很好．这是相对论的第一次宏观验证．
时空相对性的实验验证
早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证 实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不 同高度统计了宇宙线中μ子的数量，结果与相对论 预言完全一致．
第二十四章 相对论简介
§1～§3、狭义相对论简介
——中央电教馆资源中心
相对论简介 牛顿力学
适用宏观物体的低速 （与光速相比）运动
研究微观粒子的运动
研究宏观物体的高速 （与光速相比）运动
相对论简介
19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入， 人们认识到了光的电磁本质．我们已经知道，电 磁波是以巨大且有限的速度传播的，因此在电磁 场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了 相对论的出现． 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循 的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识， 它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座 重要的里程碑．
v
车厢长度是5400000km 车厢运行速度240000km/s
车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达 前后车厢的先后是不一样的．
同时的相对性
点 击 观 看 动 画
同时的相对性 在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个 参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也 一定是同时的，但是如果接受爱因斯坦的两个假设， 我们会得出“同时是相对的”这样一个结论．
1 m0 v 2 2
质能方程
Ek
1 2 m0 v 2
这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也 能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速 情况下的特例．
相对论的时空观
时空相对性的实验验证
t t v 1 c
2
v l l 1 c
2
相对速度可与光速相 比时，时间与空间的 相对性才比较明显．
狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际 上它已经成为微观粒子研究的基础之一．
时空相对性的实验验证
根据相对论， 时间在运动中会进 行的比较缓慢，也 就是说，在空间中 高速移动的时钟， 比固定于地面上的 时钟走得慢．
20世纪最伟大的科学家
观 看 录 像
经典的相对性原理
有关相对性的思考？ 一群大学生说说笑笑，跑来问爱因斯坦，什 么叫相对论．他回答说：“你坐在一个漂亮姑娘 旁边，坐了两小时，觉得只过了一分钟；如果你 紧挨着一个火炉，只坐了一分钟，却觉得象过了 两个小时．这就是相对论．”
经典的相对性原理
不同的参考系中观察物体的运动情况可能不 同，物体在空间移动这一概念也是相对的．
E mc 2
质能方程
具体推导过程如下：
E k E E0
E mc
2
Ek
m0 c 2 v 1 c
2
2
m0 c 2
E0 m0 c 2
v 1 c
v 1 c 1v 1 2c
2
2
1 v m0 c 2 m0 c 2 m0 c 2 2 c Ek 2 1v 1 2c
时间间隔的相对性
由光速不变原理便得 到不同的时间间隔 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对 于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
时间间隔的相对性
ct 2 vt 2
h
对于车厢内的人： t 2h c 对于车厢外的人： t
t
在不同参 考系中观 察物体的 运动情况
经典的相对性原理
光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间 似乎产生了矛盾？ 但是实验现象表明，不论光源和观察 者做怎样的相对运动，光速都是恒定的． v
光速＝ c
光速＝ c v
不存在特殊参考系
19世纪后半叶和20世纪初，物理学家们曾经猜想，有 一种叫做以太的介质，弥漫在宇宙中，它是电磁波传播时 所需要的介质，拿以太做参考系时麦克斯韦的电磁理论才 成立．今天看来，以太是某一特殊参考系的代表．麦克尔 逊实验表明不存在这样的特殊参考系，实际上就是宣布宇 宙间不存在以太．
物体的能量和质量之 间存在密切的联系，他们 的关系是：
E mc
2
爱因斯坦
这就是著名的质能方程
质能方程
质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之 间的关系.
E k E E0
物体的动能
m0 v 1 c
2
运动时的能量
静止时的能量
m
Ek
1 m0 v 2 2
在v ＜ ＜ c时的一种近似 这就是动能表达式．
麦克尔 逊实验
狭义相对论的两个假设
上述的矛盾使我们面临两个选择，要么放弃 麦克斯韦的电磁理论，要么否定特殊参考系的存 在．爱因斯坦选择了后者．并提出了两个假设： 真空中的光速在不同的惯 性参考系中都是相同的
光速不变原理
在不同的惯性参考系中， 一切物理规律都是相同的
爱因斯坦的 相对性原理
同时的相对性
狭义相对论的其他三个结论
下面，我们学习狭义相对论的三个重要结论…
相对论的速度叠加公式 相对论质量
质能方程
相对论的速度叠加公式
u
v
车厢运行速度240000km/s
车外的人看到车上人 相对地面的速百度文库为：
u v u u v 1 c2
相对论质量
物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质 量是否随着速度而变化？ 严格的论证表明，物体高速（与光速相比） 运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的 关系：
m m0 v 1 c
2
m为运动质量
m0为静止质量
相对论质量 微观粒子的速度很高，它的质量明显的大 于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑 相对论效应的影响．
1988年，中国第 一座高能粒子加速 器——北京正负电 子对撞机首次对撞 成功
质能方程
物体的能量和质量之间存在着某种联系：