2、长度收缩效应
v
l'
l
l' l
1
v2 c2
l' l
动尺收缩
• 火车过隧道 • 火车长：1000m • 隧道长：600m
地面人看火车：
l' l
1
v2 c2
l火' 600m
火车人看隧道：
l' l
1
v2 c2
l隧' 360m
3、质速关系 • 物体的速度能超过光速吗？
F ma
• 不能超过光速
地球等各个星球都在“以太”中穿行
宇宙中，各个方向的光， 相对于“以太”，传播速率都相同
地球在“以太”中穿行， 以地球为参照系，测得的速度不同
测得光速：Ｃ1=Ｃ＋V 测得光速：Ｃ1=Ｃ-V
用“以太”做参照系最好, 各个方向光速相同
以地球为参照系 测得光速：Ｃ1=Ｃ＋V 测得光速：Ｃ1=Ｃ-V
（二）迈克尔孙－莫雷实验的结果： C1= C２＝Ｃ
500m/s
低速Leabharlann 第三宇宙速度: 16.7km/s
高速：光速C≈300000km/s 0.1C≈30000km/s
自然界中有一种物理现象，叫做“波”
波的传播要有“介质”，波的传播速率 由“介质”决定，与波源怎么运动没有关系。
光是“电磁波” 宇宙中充满着传播光的“介质”，叫做“以太”
光离开光源后，相对于“以太”的传播速率 都相同，与光源怎么运动没有关系。
所以V=0，即地球相对于“以太”没有运动
迈克耳逊——莫雷实验： 发现以太不存在
狭义相对论的两个假设
上述的矛盾使我们面临两个选择，要么放弃 麦克斯韦的电磁理论，要么否定特殊参考系的存 在．爱因斯坦选择了后者．并提出了两个假设：
所有物理规律在一切惯性 参照系中都具有相同形式
相对性原理
真空中的光速在不同的惯 性参照系中都是相同的
真空中光 速
介质
时间
长度
物体的速 度
经典物理的时空观
在不同的惯性参 照系中测得光速 不同 宇宙中传播光的 介质叫“以太” 时间是独立的， 与参照系无关 同一物体的长度 与参照系无关
可以任意大
相对论时空观
在任何惯性参照系 中测得的光速都相同
宇宙中不存在“以太”介质
同一事件在不同的参照系 中测得时间不同 同一物体在不同的参照系 中测得长度不同 真空中光速是速度的极限， 任何物体的速度不可能超 过真空中的光速
m m0
1
v2 c2
m m0
m0为静止时的质量 光速为最大速度
• 例：北京正负电子对撞机把电子加速 到 v = 0.9998 c 时,电子质量变为原来 的多少倍？
m m0
1
v2 c2
m0
1
(0.9998c)2 c2
50m0
4、质能关系
E mc2
• 铀核裂变
1 0
n+
U 235
92
141 56
第六章 相对论与量子论初步
20世纪物理学革命的进军号角
“在目前业已基本建成的科学大厦中，物 理学家似乎只要做一些零碎的修补工作就 行了；然而，在物理学晴朗天空的远处， 还飘着两朵令人不安的愁云。” ——《19 世纪笼罩在热和光的动力论上的阴影》， 1900年4月27日于不列颠皇家科学院
“山雨欲来风满楼”
寻找“以太 ”的失败
经典能量连 续论的失败
相对论
量子论
Kelvin, W. Thomson (1824-1907)
第一节 相对论简介
牛顿力学
适用宏观物体的低速 （与光速相比）运动
相对论力学
研究微观粒子的运动
研究宏观物体的高速 （与光速相比）运动
什么是高速？ 以光速或接近于光速运动
300km/h=83.3m/s
时间间隔的相对性
ct 2
h
vt 2
对于车厢内的人： t 2h c
对于车厢外的人： t 4h2 c2 v2
t t 1 v 2 c
t t'
1
v2 c2
v 为列车速度 c 为光速
t ' 在运动的列车中测物理过程发生的时间
t 在地面测物理过程发生的时间
t t' 动钟变慢
天上才一日，地上已千年
光速不变原理
1、时间延缓效应
一群大学生说说笑笑，跑来问爱因斯坦 ，什么叫相对论．他回答说：“你坐在一 个漂亮姑娘旁边，坐了两小时，觉得只过 了一分钟；如果你紧挨着一个火炉，只坐 了一分钟，却觉得象过了两个小时．这就 是相对论．”
1、时间延缓
由光速不变原理便得 到不同的时间间隔 高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对 于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的．
双生子佯谬
铯 原 子 钟
• 例： • 在实验室中测得以速度0.8c运动的 介子的平均
寿命为 4×10-8 秒，问，静止 介子的平均寿命是 多少？
t t '
1
v2 c2
t 4108 s
v 0.8c
t ' t
1
v2 c2
4108
1
(0.8c)2 c2
2.4108 s
卫星定位系统中的时间修正
Ba
92 36
Kr+3
1 0
n
• 原子弹
• 氢核聚变
2 1
H+
2 1
H
4 2
He+
1 0
n
• 氢弹
物质的质量减少一点Δm，就会释放出巨大的能量ΔE
5、时空弯曲（广义相对论）
• 对比得出：加速和引力是等效的。 • 引力可以使时空发生弯曲
爱 丁 顿 观 测 日 全 食 时 的 引 力 弯 曲
小结：
• 提出问题 • 猜想假设 • 实践论证 • 修改理论 • 检验理论 • 揭示真理