相对论(基础物理课堂讲稿下第二十四讲)培训讲解.pptVIP

第五章 相对论 §5.1 狭义相对论以前的力学和时空观 §5.2 电磁场理论建立后呈现的新局面 §5.3 爱因斯坦的假设与洛伦兹变换 §5.4 相对论的时空观(续) §5.5 相对论的多普勒效应 §5.6 相对论速度变换公式 §5.7 狭义相对论中的质量、能量和动量 §5.8 广义相对论简介 第五章相对论(续) 第二十四讲 问题： 1.怎样看待时钟变慢即时间延缓？ 2.时间延缓的相对论效应有实验证实吗？ 3. 宇宙真的在膨胀吗？是什么实验证实宇宙膨胀学说？ 4. 从第三者立场惯性系来看，有否超过光速的物体？ 5. 物体的质量与其速度有关吗？ 6. 当物体的速度接近光速时，其质量是增加还减少？ 7. 原子弹的工作原理是什么？ 8. 什么是重核裂变？什么是轻核聚变？ 9. 核电站的工作原理是什么？ 10. 光子的质量等于多少？ …… §5.4 相对论的时空观(续) ■时间的相对性 相对论时空观认为： S 同地发生两事件的Δt; S却Δt＞Δt ?相对性 洛伦兹变换可说明 S 同地发生两事件的Δt; S 却Δt ＞Δt ?S看S动钟慢了 ?S看S动钟慢了 S 同地 Δx =0, Δt ≠0; S y x z 0 S y z x 0 .p1 (x1,t1) (x1,t1) 事件1 .p2(x2,t1) 事件2 (x2, t2) v S 同地 x2=x1 S看却不同地Δx≠0, ΔtΔt ?S看S动钟慢了 洛 伦 兹 正 变 换 S y z x 0 .p1 (x1,t1) (x1,t1) 事件1 .p2(x2,t1) 事件2 (x2, t2) v 在S看来,S相对S向 负x轴方向运动. 洛 伦 兹 逆 变 换 S同地 x2=x1 S 同地Δx =0, Δt≠0; S看却不同地Δx≠0, ΔtΔt ?S看S动钟慢了 结论： S同地报时两次Δt; S不同地报时两次Δt, 且Δt Δt S同地报时两次Δt; S不同地报时两次Δt, 且Δt Δt 相对 S y x z 0 说明几点： ⑴ 运动的时钟变慢是相对的 例如：你我相对运动。 我看你的钟慢了； 你看我的钟慢了. ⑵ “究竟谁的钟变慢了呢?” 例如：比较火车S上的钟与地面S上的钟的快慢 S地面上看： 与相对性原理一致 v A A B S火车上看： (AB同时) (AB不同时) A A v xA B v xB B钟超前A钟 A钟慢 A钟慢 相对 “究竟谁钟慢?”提问者 属第三者插足… v B A A v B v A A ★非相对论多普勒效应(回顾) 1842.(奥)多普勒 波源S与接收器(如人耳等)有相对运动,从而接收器接收到的 频率有变化的现象---多普勒效应 1. 波源S静止(uS=0，人动u人≠0) ①人朝向S运动 人耳在Δt内收到(u＋u人)Δt/λ个波长 ②人远离S §5.5 相对论多普勒效应 如火车进站声频高;火车出站声频低。 人耳 介质 波对人耳速度 波对人耳速度 2.观察者静止(u人=0)，波源S动(uS≠0) ①波源S朝向人运动: 由图知:波长压缩了即： ②波源S远离人: 介质 人耳 uST λ uS=0的第二波 ⒊一般情况： 规律：波源动?波长变; 接收器动?接收完整波长数变. 波对人耳速度 波对人耳速度 可见：当波源或观察者在二者联线垂直方向(α=β=π/2)上运动时， 无多普勒效应。(见本教材《力学》p237) ★相对论多普勒效应 光波传播不需介质, 这与机械波声波完全不同; 由光速不变原理，无论是光源向接收器运动,还是接收器向 光源波运动，对接收器来说光速都是c。 因此,可仿声波源朝向接收器情形如图 接收器(不动)→S: 光源(运动)→S: 光波周期T =T0,ν=ν0 光波周期T,频率ν 相对论? λ = λ-uST=cT- uST =(c-uS)T 缩 缩 接收频率为： 缩 ※光源与接收器在连线上 x 接收器 无介质 ※光源与接收器不在连线上 接收器 uS 光源 θ 将v 投影到连线上:uScosθ λ = (c -uS cosθ) T, 缩 接收频率为： 缩 相对论? 光源相对接收器迎来? ?频率增加 光源背对接收器远离? ?频率减少 光源或接收器在二者联线垂直方向上运动? 注：在互垂直方向上, 机械波声波等无多普勒效应,而光波有。 ★光的多普勒效应的应用 天文学方面：1917年斯里费发现远方星体的光谱线向红端移动， 即频率在减少，表明该星体背离地球而退行。 1929年哈勃发现星系的红移量与距离成正比 ----哈勃定律----- 红移现象表明：整个宇宙在膨