2022-2023学年高二物理竞赛课件：相对论

相对论 相对论 洛仑兹坐标变换和速度合成 原时和原长，尺缩和时延 四维时空，光椎 相对论动力学 洛仑兹变换： 相对于 ，火车的速度 运动的火车中 地面上看运动的火车中 总结： 洛伦兹变换实质： 用S时空坐标，求S’时空坐标，反之亦然 关键：二坐标的相对速度，及坐标表达形式 注意：时空不可分割，惯性系等价 单纯求时空坐标，无需区分S’和S 如果涉及到原长和原时，需要区分自坐标和它坐标 不同视角下的时空， 情景模式： 操场百米赛跑，时空坐标，汽车上看百米赛跑？ 火车内百米赛跑，地面上看？ 北京上海同时开出一列火车，飞船上看 运动方向： 静止方向： 速度合成： S系速度：相对于S的速度，S的时空坐标求解 S’系速度：相对于S’的速度，S’的时空坐标求解 同一个对象的速度，在不同的坐标系下的表现! 若x速度为零，时延 不同的观察者感受到的速度 情景模式： 操场百米赛跑，速度？ 汽车上看，百米赛跑速度？横看，竖看？ 两粒子AB相对运动，在A看，多长时间相撞？ 在B看，多长时间相撞？ 速度：信号！ B是信号，B在A系统的时空坐标，B的速度 A是信号，A在B系统的时空坐标，A的速度 两个关联的视角，两个独立的对象，仅此而已！ 确定观察对象（单个或多个时空坐标，长度或时段），和观察视角（观察者），不同的坐标！ 同一个观察对象，不同的观察者，用相对论！ 不同的观察对象，不能用相对论变换！ 洛伦兹时空和速度变换总结： 同一个对象的时空坐标、速度，在不同的坐标系下的表现! 不同的观察者感受到的时空坐标、速度 原长和原时：静止（自坐标S’，运动坐标系的内部）的长度和时段 静止的时段（限观察者不动，要求S’同地） 静止的长度（和S’时间无关，S’ 不同时不同地） 运动的长度（限同时测量） 运动的时段（S不同地不同时） S系同时 S’系同地 ：他坐标，自己看别人，别人看自己。 ：自坐标，自己看自己 看运动的对象：地面上看火车里发生的事情 在运动中看对象：火车里看地面上发生的事情 看静止的对象：地面上看地面上发生的事情 静止地看对象：火车里看火车里发生的事情 是否运动并不能用来区分S和S’ 关键在于区分自和它！ 牛郎星距地球16光年，宇宙飞船0.97c，飞船上测量，多长时间抵达牛郎星？ 飞船掠过尺子（地球和牛郎星构成的超长尺子）。 飞船，运动的自坐标，同地原时，两个时间坐标 运动时：两个时空坐标，不同时不同地， 尺子（宇宙）参考系，两个空间坐标（16光年原长），两个时间坐标（原长/速度），运动时。 飞船看时间，原时；尺子看时间，运动时 运动时等于原长（可以不同时）除以速度，尺缩=时延！ 观察对象：两个事件（时空坐标），视角：宇宙和飞船 两个时空坐标：飞船过地球，飞船过牛郎星 四维时空： 洛仑兹变换，特殊的旋转变换（光速不变） ct x ct’’ x’’ ct’ x’ 洛仑兹旋转 旋转不变量：时空间隔 $