upload【物理】高中物理竞赛辅导相对论初步知识19doc（整理）.pptxVIP

1;2;;干涉仪，企图用光学方法测;;;Δ r? =;8;;§2、4、相对论时空理论;x2? =;如果两事件有因果关系，而且 t2 t1 ，由于它们的次序不能颠倒，必须在 S ? 系中观察时，亦有 t2? ? t1? 。这就要求;§2、5、相对论动力学基础;若以 pc 、 E0 表示一直角三角形的两条直角边，则 E 必构成此直角三角形的斜边。;不过，车厢里的人可以认为小球受到一向后的力，把牛顿运动定律写为 f惯 ? ?ma1 。这样的力不是其他物体的 作用，而是由参照系是非惯性系所引起的，称为惯性力。如果一非惯性系以加速度 a1 相对???性系而运动，则在此非 惯性里，任一质量为 m 的物体受到一惯性力 ? ma1 ，把惯性力 ? ma1 计入在内，在非惯性里也可以应用牛顿定律。当 汽车拐弯做圆周运动时，相对于地面出现向心加速度 a1 ，相对于车厢人感觉向外倾倒，常说受到了离心力，正确地 说应是惯性离心力，这就是非惯性系中出现的惯性力。 2．6．2、 惯性质量和引力质量 根据牛顿运动定律，力一定时，物体的加速度与质量成反比，牛顿定律中 的质量度量了物体的惯性，称为惯性质量，以 m惯 为符号，有 F ? m惯a 根据万有引力定律，两物体（质点）间的引力和它们的质量乘积成正比。万有引力定律中的质量，类似于库仑 定律中的电荷，称为引力质量，以 m引 为符号。 惯性质量和引力质量是两个不同的概念，没有必然相等的逻辑关系，它们是否相等，应由实验来检验。本世纪 初，匈牙利物理学家厄缶应用扭秤证明，只要单位选择恰当，惯性质量和引力质量相等，实验精度达10?8 。后来， 人们又把两者相等的实验精度提高到10?12 。 设一物体在地面上做自由落体运动，此物体的惯性质量和引力质量分别为 m惯 和 m引 ，以 M引 代表地球的引力质 量，根据万有引力定律和牛顿第二定律，有;做直线运动（现在可以做到），宇航员感受到惯性力，力的方向与 a 的方向相反，这时他完全可以认为是受到引力的 作用。匀加速的参照系与均匀引力场等效，这是爱因斯坦提出的等效原理的特殊形式。因为引力质量和惯性质量相 等，所以，在均匀引力场中，不同的物体以相同的加速度运动。这也是伽利略自由落体实验的结果。它可一般叙述 为：在引力场中，如无其他力作用，任何质量的质点的运动规律都相同。这是等效原理的另一种表述。 由于等效原理，相对于做加速运动的参照系来观测，任一质点的运动规律都是引力作用的结果，具有相同的规 律形式。爱因斯坦进一步假设，相对任何一种坐标系，物理学的基本规律都具有相同的形式。这个原理表明，一切 参照系都是平等的，所以又称为广义协变性原理。 等效性原理和广义协变性原理是广义相对论的基本原理。 2．6．4、 广义相对论的实验验证 在广义相对论的基本原理下，应建立新的引力理论和运动定律，爱因斯 坦完成了这个任务。这样，牛顿运动定律和万有引力定律成为一定条件下广义相对论的近似规律。根据广义相对论;时间测量的精度，即使在地面上几十米高的地方由引力场强的差别所造成的微小引力红移，也已经精确地测量出来。 这再一次肯定了广义相对论的正确性。 4、引力波的存在 广义相对论预言，与电磁波相似，引力场的传播形成引力波。星体作激烈的加速运动时， 发射引力波。引力波也以光的速度传播。虽然还没有直接的实验证据，但后来对双星系统的观测，给出了引力波存 在的间接证据。 广义相对论建立的初期并未引起人们的足够重视，后来在天体物理中发现了许多广义相对论对天体物理的预言， 如脉冲星、致密 X 射线源、类星体等新奇天象的发现以及微波背景辐射的发现等。这些发现一方面证实了广义相对 论的正确性，另一方面也大大促进了相对论的进一步发展。 本章典型例题 例 1、放射性物质的原子放射出两个沿相反方向运动的电子。在实验室中测出每个电子的速率为 0.6c，c 是光速。 今以一个电子为参照物，另一个电子的速率是多大？（1）用伽利略变换进行计算；（2）用洛仑兹变换进行计算。并 指出哪个不合理。 解: （1）设向右运动的电子为 S ? 系，则按伽利略变换，在 S ? 系中看另一电子的速度是 v=0.6c+0.6c=1.2c，这 与光速不变的实验事实相矛盾，所以是不合理的。 （2）设实验室为参照系 S，一个电子参照系为 S ? ，则 S ? 相对于 S 系的速度是 0.6c，另一个电子相对于 S 系的 速度为-0.6c，按洛仑兹变换，另一个电子相对于 S ? 系的速度是 u?x ，则;中所示路径往返一次，求各需要时间多少？哪条船需时长些？ 解 本题是经典力学问题，用力伽利略变换处和即可。设岸的坐标系为 S，河水的坐标系为 S ? ，如图 2-6-4（b） 所示，若船相对岸的速度为 u，则对于 A 船;;因此，;;即;;;一个面向