2022-2023学年高二物理竞赛课件:相对论(共12张PPT)

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2022-2023学年高二物理竞赛课件:相对论(共12张PPT)

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(共12张PPT)
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

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