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1、一、長度的相對性一、長度的相對性長度縮短長度縮短尺相對尺相對尺相對尺相對kkkk系靜止系靜止系靜止系靜止固有長度固有長度固有長度固有長度（靜長度）（靜長度）（靜長度）（靜長度）k k k k系測得尺的長度系測得尺的長度系測得尺的長度系測得尺的長度（動長度）（動長度）（動長度）（動長度）o o z z y y x x o ox xy yz z44443 3 3 3 狹義相對論的時空觀狹義相對論的時空觀狹義相對論的時空觀狹義相對論的時空觀同時測量同時測量長度縮短公式：長度縮短公式：長度縮短公式：長度縮短公式：結(jié)論：長度測量與被測物體相對于觀察者的結(jié)論：長度測量與被測物體相對于觀察者的運動有關(guān)，物體
2、在運動方向長度縮短了。運動有關(guān)，物體在運動方向長度縮短了。o o z z y y x x o ox xy yz z第二宇宙速度：第二宇宙速度：v=11.2v=11.2 10103 3m/sm/s數(shù)量級為數(shù)量級為10104 4m m在宏觀領(lǐng)域，長度縮短可以忽略！在宏觀領(lǐng)域，長度縮短可以忽略！說明：說明：（1）動長度總小于靜長度，）動長度總小于靜長度，v ，l（2）vc,ll0 收縮不明顯收縮不明顯(3)垂直于棒運動方向上長度不變垂直于棒運動方向上長度不變(4)長度縮短并非物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化長度縮短并非物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,而是而是一種相對論效應(yīng)一種相對論效應(yīng)!解：解：解：解：例例例例:剛性米尺靜止在剛
3、性米尺靜止在kk系并與系并與x x 軸夾角軸夾角=30 30 kk系相對于系相對于k k系勻速運動系勻速運動,在在k k系測得它與系測得它與x x軸成軸成45.45.問問(1)(1)k k系相對于系相對于k k系的運動速度系的運動速度?(2)(2)在在k k系測得此棒的長度系測得此棒的長度kkk k K系系:l=1 mk k系與系與x x軸成軸成4545(2)二、二、“同時同時”的相對性的相對性結(jié)論：同時性與參考系有關(guān)結(jié)論：同時性與參考系有關(guān)同時的相對性同時的相對性結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：在在在在k k k k系同時發(fā)生的兩事件，在系同時發(fā)生的兩事件，在系同時發(fā)生的兩事件，在系同時發(fā)生的兩事件
4、，在kkkk系中并不一定同時。系中并不一定同時。系中并不一定同時。系中并不一定同時。設(shè)：設(shè)：討論：討論：（可以）（可以）（4）對于）對于兩個互不相干時間：兩個互不相干時間：對于不同的對于不同的（5）對于有因果關(guān)系的兩事件，前后順序能否顛倒？）對于有因果關(guān)系的兩事件，前后順序能否顛倒？（不能）（不能）o ox xy yz z12OOZ Z Y Y X X OOZ Z Y Y X X o ox xy yz z12p1(x1,t1)p2(x2,t2)K系中系中P1(x1,t1)P2(x2,t2)K系中系中有因果關(guān)系的兩事件對于任意參照系有因果關(guān)系的兩事件對于任意參照系來說其先后順序不會發(fā)生變化來說其
5、先后順序不會發(fā)生變化OOZ Z Y Y X X o ox xy yz z12三、時間膨脹問題三、時間膨脹問題三、時間膨脹問題三、時間膨脹問題o ox xy yz zOOZ Z Y Y X X ABCK系系 K系系 事件事件1AC相碰相碰事件事件2BC相碰相碰時間膨脹公式：時間膨脹公式：時間膨脹公式：時間膨脹公式：結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：結(jié)論：時間膨脹效應(yīng)表明了時間間隔只有相對時間膨脹效應(yīng)表明了時間間隔只有相對意義，運動的時鐘變慢了。意義，運動的時鐘變慢了。在某一慣性系中在某一慣性系中在某一慣性系中在某一慣性系中同一地點同一地點同一地點同一地點先后發(fā)生先后發(fā)生先后發(fā)生先后發(fā)生兩事件的時間間隔兩事件的時
6、間間隔兩事件的時間間隔兩事件的時間間隔 。固有時間：固有時間：固有時間：固有時間：SklSKl說明：說明：（1）時間膨脹效應(yīng)具有相對性。）時間膨脹效應(yīng)具有相對性。若在若在 S 系中同一地點先后發(fā)生兩事件的時間間隔為系中同一地點先后發(fā)生兩事件的時間間隔為t（稱為原時），則同理有稱為原時），則同理有（2）當(dāng)）當(dāng) v c 時，有時，有（3）實驗已證實：）實驗已證實：子，子，介子等基本粒子的衰變，當(dāng)它們相對實驗介子等基本粒子的衰變，當(dāng)它們相對實驗室靜止和高速運動時，其壽命完全不同。室靜止和高速運動時，其壽命完全不同。就好象時鐘變慢了，即就好象時鐘變慢了，即看人家的鐘慢看人家的鐘慢。歷史上令人困惑的歷史
7、上令人困惑的“雙生子佯謬雙生子佯謬”甲和乙是一對孿生兄弟，甲在地球，乙乘飛船去太甲和乙是一對孿生兄弟，甲在地球，乙乘飛船去太空旅行，當(dāng)乙回到地球時，問：甲比乙年輕還是乙比甲空旅行，當(dāng)乙回到地球時，問：甲比乙年輕還是乙比甲年輕？年輕？乙乙比甲年輕！比甲年輕！廣義相對論證明：廣義相對論證明：在非慣性參考系中時間流逝的慢！在非慣性參考系中時間流逝的慢！1971年實驗：年實驗：兩只相同的銫原子鐘，一只靜止在地面，兩只相同的銫原子鐘，一只靜止在地面，另一只放在飛船上沿赤道向東繞地球一周回到地面，發(fā)現(xiàn)另一只放在飛船上沿赤道向東繞地球一周回到地面，發(fā)現(xiàn)飛船上的鐘比地面的鐘慢飛船上的鐘比地面的鐘慢59ns！生
8、命在于運動，運動使人年輕！生命在于運動，運動使人年輕！1966年用年用子作了一個類似于雙生子旅游的實驗，讓子作了一個類似于雙生子旅游的實驗，讓子子沿一直徑為沿一直徑為14米的圓環(huán)運動再回到出發(fā)點，實驗結(jié)果表明米的圓環(huán)運動再回到出發(fā)點，實驗結(jié)果表明運動的運動的子的確比靜止的子的確比靜止的子壽命更長。子壽命更長。例、例、例、例、靜系中靜系中 子的平均壽命為子的平均壽命為=2.2=2.2 1010-6-6秒。速度為秒。速度為v=0.998Cv=0.998C的的 子能否子能否通過的距離為通過的距離為9.5km9.5km的大氣層。的大氣層。解：解：解：解：按經(jīng)典力學(xué)按經(jīng)典力學(xué)方法一方法一方法一方法一：按
9、相對論力學(xué)按相對論力學(xué)（考慮動鐘變慢效應(yīng)）（考慮動鐘變慢效應(yīng)）所以可以穿透大氣層所以可以穿透大氣層地面觀測不到！地面觀測不到！方法二方法二方法二方法二（考慮長度縮短效應(yīng)）（考慮長度縮短效應(yīng)）所以可以穿透大氣層所以可以穿透大氣層例題：一飛船以例題：一飛船以0.80c相對于地球作勻速直線運相對于地球作勻速直線運動，宇航員測得飛船長動，宇航員測得飛船長30m，從船尾發(fā)射一粒從船尾發(fā)射一粒子擊中船頭的靶子，宇航員測的經(jīng)歷的時間為子擊中船頭的靶子，宇航員測的經(jīng)歷的時間為2.010-7s。問在地球的觀察者看來，下述量是問在地球的觀察者看來，下述量是多大？（多大？（1）飛船長（）飛船長（2）粒子發(fā)射到中靶所用）粒子發(fā)射到中靶所用時間？飛行距離？時間？飛行距離？（3）粒子速度粒子速度解：解：（1）飛船長：）飛船長：（2）經(jīng)歷時間）經(jīng)歷時間飛行距離：飛行距離：（3）粒子速度）粒子速度
大學(xué)物理 第四章－2
