2020

高中物理競賽普通物理學湖南師大附中§3.4狹義相對論時空觀一、同時的相對性愛因斯坦火車實驗一S

Mu=0S/

M/S

Mu=0S/

M/ut車廂(S/系):閃光信號同時到達前、后門，為同時事件地面(S系):光信號先到后門、后到前門，不是同時事件2

在一個慣性系中的兩個同時事件，在另一個慣性系中觀測不是同時的，這是時空均勻性和光速不變原理的一個直接結果.愛因斯坦火車實驗二yu=0

M

M/xzx1x2t1t2車站觀測者:測到兩個閃電同時分別擊中車頭和車尾.S系中時空坐標:事件1(x1，t1)，事件2(x2，t2)車站觀測者:觀測兩個閃電

S/系中時空坐標:事件1(x1/，t1/)，事件2(x2/，t2/)3根據洛侖茲變換：對車站(S系)觀測者，測得兩閃電同時擊中:t2=t1，則因為u≠0,(x2-x1)≠0，在火車(S′系)上的觀測者測得兩閃電不是同時擊中的．當u＞0,(x2-x1)＞0，則有(t/2-t/1)＜0，火車上觀測，先擊中車頭，后擊中車尾．當u＜0，(x2-x1)＞0，則有(t/2–t/1)＞0，火車上觀測，先擊中車尾，后擊中車頭．參考系不同，兩事件先后時序一般不同．4三、長度的相對性

在不同慣性系中，對同一個物體長度進行測量，測得的物體長度之間的關系1.物體長度測量物體相對坐標系靜止時0x1x2xl=｜x2-x1｜若物體是運動的對運動物體兩端坐標要同時測量，兩端坐標之差就是物體長度。測得的它的長度稱靜止長度或固有長度0/x/1x/2x/0x1x2xy/S/ySu運動長度（測量長度）5S/系中直棒的靜止長度S系的觀察者測得運動棒的長度由洛侖茲變換有S系測量時，必須有t1=t26說明:(1)l＜l0

，物體在運動方向上的長度縮短了.稱為洛侖茲收縮因子與運動垂直的方向并不發生長度收縮．(2)物體長度的比較在一定意義上是相對的0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su在S中的觀察者測量0/x/1x/2x/0x1x2xS/Su在S'中的觀察者測量7(3)長度的收縮是普遍的時空性質，與物體的具體性質(如什么材料、結構等等)無關．(4)特別要注意的是，長度收縮是測量的結果，不要錯誤地說成是某人眼睛看見的結果．觀看與測量的圖像不是一回事．8二.時間間隔的相對性

在不同慣性系中，觀測同一個物理過程(或兩個事件)所經歷的時間之間的關系。S／系中，兩個事件為(x1／,t1／)和(x2／,t2／)

若x1/=x2/時，測得的同地發生的兩個事件的時間間隔Δt′，稱為本征(固有)時間Δt/=t2/－t1/x1/t1/S/t2/S系中，兩個事件是(x1,t1)，(x2,t2)9t1x1Sx2ux1/t1/S/ut2/S/x1/t2t2S系中x1和x2是兩個同步時鐘（兩校準的鐘）讀數:Δt

=t2－t1根據洛侖茲變換10Δt′固有時間說明(1)

>1,

t>

t/，表示時間膨脹了g稱為時間延緩因子運動的鐘和靜止的鐘結構是完全一樣的。(3)時間膨脹效應是一種普遍的時空屬性，與過程的具體性質和作用機制無關．(4)時間延緩早已被高能粒子的許多實驗所證實。11例:在實驗室測量以0.9100c高速飛行的

介子經過的直線路徑是17.135m，介子固有壽命值是(2.603

0.002)

10-8s．試從時間膨脹效應和長度收縮效應說明實驗結果與相對論理論符合程度。解從時間膨脹效應說明如下：

介子實驗室飛行壽命(運動時)為=6.218×10-8s時間延緩因子

介子固有壽命的相對論理論預言值為=2.604×10-8s理論值與實驗值相差0.001×10-8s．12

從長度收縮效應說明如下：

介子自身的慣性系中，固有壽命

0，實驗室以0.9100c相對

介子自身的慣性系運動．實驗室飛過的平均距離是

l=0.9100c×

0≈7.101m．實驗室測得的飛行距離是相對實驗室靜止的長度，為固有長度，理論值為

l0=

l

=2.412×7.101=17.128m

與實驗值比較相差0.007m,在實驗誤差范圍之內,理論和實驗符合13例:一靜止長度為l0的火箭以恒定速度u相對參照系S運動，如圖．從火箭頭部A發出一光信號，問光信號從A到火箭尾部B須經多長時間?(1)對火箭上的觀測者；(2)對S系中的觀測者．解(1)以火箭為參考系

A到B的距離等于火箭的靜止長度，所需時間為(2)對S系中的觀測者，測得火箭的長度為14光信號也是以c傳播．設從A到B的時間為t，在此時間內火箭的尾部B向前推進了ut的距離，所以有解得15四.因果關系

有因果關系的兩事件，發生的先后次序(因果性)是絕對的，在所有慣性系都成立.無因果關系的兩事件——時序可能顛倒有因果關系的兩事件——時序不可能顛倒慣性系S中：有因果關系的兩事件

Dt=t2-t1>0，慣性系S/中:16有因果關系的兩事件，必須通過某種物質或信息相聯系，則uS≤ct/與t同號但是,無因果的兩個事件發生的先后次序在不同慣性系可能顛倒。因為無信息聯系,us可取任意值17謝謝觀看！祝大家學業有成！7、忌妒別人，不會給自己增加任何的好處。忌妒別人，也不可能減少別人的成就。19、只要擁有無限的熱情，一個人幾乎可以在任何事情上取得成功。2、上帝給你一個比別人低的起點，就是要讓你用你的一生去譜寫出一個絕地反擊的故事。3、每一個成功者都有一個開始。勇于開始，才能找到成功的路。16、初戀是美術，熱戀是技術，結婚是藝術，離婚是手術。5、不要對挫折嘆氣，姑且把這一切看成是在你成大事之前，必須經受的準備工作。18、牢牢地把握今天，創造美好明天。4、在無路的旅途上奔跑，將流光拋至身后。11、積極者相信只有推動自己才能推動世界，只要推動自己就能推動世