高等教育出版社：《物理学教程》教材电子教案（PPT课件，马文蔚第二版）第十五章 狭义相对论 15-3 狭义相对论的时空观

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) 同时的相对性 厢 面 r始 事件1：车厢后壁接收器接收到光信号。 事件2：车厢前壁接收器接收到光信号. 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） 一 同时的相对性 事件 1 ：车厢后壁接收器接收到光信号. 事件 2 ：车厢前壁接收器接收到光信号

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) w W w 6 60 069 S系（地面参考系） S系（车厢参考系） 事件1 (x1,y1,21,t1) (x1,y'1,z1,t1) 事件2 (x2,y2,22,t2) (x'2,y'2,z'2,t'2) 0 同时 fAt'=t'2-t1=0 不同地 L△x'=x2-x1≠0 At= ≠0 V1-B2 V1-B2 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） 2 2 1 ' '        x c t t v 0 1 ' 2 2     x c v ' ' ' 0 2 1 t  t t  ' ' ' 0 2 1 x  x x  同时 不同地 事件 2 ( ' , ' , ' , ' ) 1 1 1 1 x y z t ( , , , ) 2 2 2 2 x y z t S 系 ( 地面参考系 ) 系 (车厢参考系 ) ( , , , ) 1 1 1 1 事件 1 x y z t ( ' , ' , ' , ' ) 2 2 2 2 x y z t S' v  x' y' o' 1 2 12 3 6 9 12 3 6 9 x' y' o' 1 2 x y o v  12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) 在S系同时同地 △f'=t'2-t1=0△x=x2-x1=0 发生的两事件 在S系 △t= =0 V1-B2 淮意子此结果反之亦然 69 结论：沿两个惯性系运动方向，不同地点发生 的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的，在另 一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义； 只有在同一地点，同一时刻发生的两个事件，在其 他惯性系中观察也是同时的. 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） 结论 ：沿两个惯性系运动方向，不同地点发生 的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的， 在另 一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义； 只有在同一地点， 同一时刻发生的两个事件，在其 他惯性系中观察也是同时的 . ' ' ' 0 2 1 t t t  ' ' ' 0 2 1 x  x x  0 1 ' ' 2 2         x c t t v 在 S 系 在 系同时同地 发生的两事件 S' 注意 此结果反之亦然 . x ' y' o' 1 2 x y o v  12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) 二 长度的收缩 标尺相对$系静止 在S系中测量 x' 1o=x'2-1=1 X2 X 在S系中测量 1=x2-X1 测量为两个事件(x,t),(x2,t2)要求t1=t2 x1-0t1 X21= 2-X1 V1-B2 1-B2 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） 二 长度的收缩 x y o z s 标尺相对s'系静止 2 1 1 1 1 '     x t x v 2 2 2 2 1 '     x t x v 2 2 1 2 1 1 ' '      x x x x 2 1 l  x  x 在 S 系中测量 测量为两个事件 ( , ), ( , ) 1 1 2 2 x t x t 要求 1 2 t  t 1 x' 2 x' 0l y' x' v  o' z' s' 1 x 2 x ' ' ' 0 2 1 l  x x  l 在s'系中测量

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) lo=x'2-x1=1 1=x2一x1 x' _ X1 X2 2-r, X2-X1 V1-B2 1='V1-B2准篇矢◆长度收缩是一种相对效应，此结果反之亦然。 N◆ 当B<1时1≈l0: 洛伦兹收缩：运动物体在运动方向上长度收缩 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） 0 2 l  l' 1   l 固有长度 当  1 时 . 0 l  l 固有长度：物体相对静止时所测得的长度 .（最长） 洛伦兹收缩: 运动物体在运动方向上长度收缩 . 2 2 1 2 1 1 ' '      x x x x ' ' ' 0 2 1 l  x x  l 2 1 l  x  x 注意 长度收缩是一种相对效应, 此结果反之亦然 . x y o z s 1 x' 2 x' 0l y' x' v  o' z' s' 1 x 2 x

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) 例1设想有一光子火箭，相对于地球以速 率0=0.95c飞行，若以火箭为参考系测得火箭长 度为15m,问以地球为参考系，此火箭有多长？ '0 =15m 火箭参照系 x S 地面参照系 x 解：固有长度 10=15m=1' 1=1'V1-B2 1=15V1-0.952m=4.68m 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） 例1 设想有一光子火箭， 相对于地球以速 率 飞行，若以火箭为参考系测得火箭长 度为 15 m ，问以地球为参考系，此火箭有多长 ？ v  0.95c s' s 火箭参照系 地面参照系 解 ：固有长度 15m ' 0 l   l 2 l  l' 1  15 1 0.95 m 4.68m 2 l    l0 15m v  x x' y y' o o

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) 三 时间的延缓 6 小车参考系 地面参考系 运动的钟走得慢 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） 运 动 的 钟 走 得 慢 三 时间的延缓

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) 1) S'系同一地点B发生两事件 S s 发射一光信号(x',t'1) 接受一光信号（x',t'2) 0 个B 时间间隔△f'=t2-t1=2d/c 在S系中观测两事件 9 6 (x1,t1),(x2,t2) 4=,+) 9 6 6 6=(2+82） 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） s'系同一地点 B 发生两事件 在 S 系中观测两事件 ( , ), ( , ) 1 1 2 2 x t x t ( ' , ' ) 2 x t ( ' , ' ) 1 发射一光信号 x t 接受一光信号 t' t' t' 2d c 2 1 时间间隔    ) ' ( ' 1 1 2 c x t t v    ) ' ( ' 2 2 2 c x t t v    x y o s d 12 3 6 9 12 3 6 9 1 x 2 x 12 3 6 9 y' x x ' y v  o o ' s' s d B 12 3 6 9

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) △t=y(△t'+ 0△x' S .·△x'=0 '.△t=t2-ti1=t” △t' △t= V1-B2 固有时间：同一地点发生的两事件的时间间隔. △t>△t'=△to 固有时间 时间延缓：运动的钟走得慢 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） ' 2 1 t  t  t  t ) ' ( ' 2 c x t t      v   x'  0 2 1 '      t t 固有时间 ：同一地点发生的两事件的时间间隔 . 时间延缓 ：运动的钟走得慢 . 0 t  t'  t 固有时间 x y o s d 12 3 6 9 12 3 6 9 1 x 2 x 12 3 6 9

15-3狭义相对论的时空观 物理学教程 (第二版) 1)时间延缓是一种相对效应 2)时间的流逝不是绝对的，运动将改变 时间的进程。（例如新陈代谢、放射性的衰变、 寿命等.) 3))<<C时，△t≈△t'. 狭义相对论的时空观 1)两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间 关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间 和时间联系在一起才有意义. 2)时一空不互相独立，而是不可分割的整体。 3)光速C是建立不同惯性系间时空变换的纽带. 第十五章狭义相对论

第十八章狭义 相对论 第十五章 狭义 相对论 物理学教程 15 - 3 狭义相对论的时空观 （第二版） Ø 狭义相对论的时空观 1） 两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间 关系是相对的， 时间关系也是相对的，只有将空间 和时间联系在一起才有意义. 2）时—空不互相独立，而是不可分割的整体. 3）光速 C 是建立不同惯性系间时空变换的纽带. 3） v  c 时，t  t ' . 1）时间延缓是一种相对效应 . 2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变 时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、 寿命等 . ） 注意