1、第二十四章第二十四章 相對論簡介相對論簡介13、狹義相對論簡介中央電教館資源中心相對論簡介牛頓力學適用宏觀物體的低速（與光速相比）運動適用宏觀物體的低速（與光速相比）運動研究微觀粒子的運動研究宏觀物體的高速（與光速相比）運動相對論簡介 19世紀后半葉，關于電磁場的研究不斷深入，人們認識到了光的電磁本質我們已經知道，電磁波是以巨大且有限的速度傳播的，因此在電磁場的研究中不斷遇到一些矛盾，這些矛盾導致了相對論的出現 相對論不僅給出了物體在高速運動時所遵循的規律，而且改變了我們對于時間和空間的認識，它的建立在物理學和哲學的發展史上樹立了一座重要的里程碑20世紀最偉大的科學家觀看錄像經典的相對性原理有

2、關相對性的思考？ 一群大學生說說笑笑，跑來問愛因斯坦，什么叫相對論他回答說：“你坐在一個漂亮姑娘旁邊，坐了兩小時，覺得只過了一分鐘；如果你緊挨著一個火爐，只坐了一分鐘，卻覺得象過了兩個小時這就是相對論”經典的相對性原理 不同的參考系中觀察物體的運動情況可能不同，物體在空間移動這一概念也是相對的在不同參考系中觀察物體的運動情況經典的相對性原理 光速恒定的特性，同運動的相對性原理之間似乎產生了矛盾？ 但是實驗現象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的v光速 c光速vc不存在特殊參考系 19世紀后半葉和20世紀初，物理學家們曾經猜想，有一種叫做以太的介質，彌漫在宇宙中，它是電磁波傳播

3、時所需要的介質，拿以太做參考系時麥克斯韋的電磁理論才成立今天看來，以太是某一特殊參考系的代表麥克爾遜實驗表明不存在這樣的特殊參考系，實際上就是宣布宇宙間不存在以太麥克爾遜實驗狹義相對論的兩個假設 上述的矛盾使我們面臨兩個選擇，要么放棄麥克斯韋的電磁理論，要么否定特殊參考系的存在愛因斯坦選擇了后者并提出了兩個假設：同時的相對性v車廂長度是5400000km車廂運行速度240000km/s 車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達前后車廂的先后是不一樣的同時的相對性點擊觀看動畫同時的相對性時間間隔的相對性 高速運行的列車上，由車廂底部發出的閃光，對于車上的人來說，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外

4、的人認為被接收的反射光是沿斜線傳播的時間間隔的相對性對于車廂內的人：對于車廂外的人：cht22224vcht2tch2tv21cvtt時間間隔的相對性在站臺上看運動火車上的鐘在火車上看運動站臺上的鐘長度的相對性v車廂運行速度240000km/s車上的人看到的車廂的長度：車外的人看到的車廂的長度：llll21cvll時空相對性的實驗驗證21cvtt21cvll當兩個參考系的相對速度可與光速相比時，時間與空間的相對性才比較明顯 狹義相對論的結論已經完全得到證實，實際上它已經成為微觀粒子研究的基礎之一時空相對性的實驗驗證 根據相對論，時間在運動中會進行的比較緩慢，也就是說，在空間中高速移動的時鐘，比

5、固定于地面上的時鐘走得慢1971年，科學家將銫原子鐘放在噴氣式飛機中作環球飛行，然后與地面的基準鐘對照實驗結果與理論預言符合的很好這是相對論的第一次宏觀驗證時空相對性的實驗驗證 早在1941年，科學家通過對宇宙線的觀測證實了相對論的結論，美國科學家羅西和霍爾在不同高度統計了宇宙線中子的數量，結果與相對論預言完全一致狹義相對論的其他三個結論下面，我們學習狹義相對論的三個重要結論相對論的速度疊加公式相對論質量質能方程相對論的速度疊加公式v車廂運行速度240000km/su車外的人看到車上人相對地面的速度為：21cvuvuu相對論質量 物體的運動速度不能無限增加，那么物體的質量是否隨著速度而變化？

6、嚴格的論證表明，物體高速（與光速相比）運動時的質量與它靜止時的質量之間有下面的關系：201cvmmm為運動質量m0為靜止質量相對論質量 微觀粒子的速度很高，它的質量明顯的大于靜止質量在研究制造回旋加速器時必須考慮相對論效應的影響1988年，中國第一座高能粒子加速器北京正負電子對撞機首次對撞成功物體的能量和質量之間存在著某種聯系： 物體的能量和質量之間存在密切的聯系，他們的關系是：2mcE 愛因斯坦質能方程這就是著名的質能方程 質能方程表達了物體的質量和它所具有的能量之間的關系.0EEEk質能方程2mcE 物體的動能運動時的能量靜止時的能量201cvmm2021vmEk在v c時的一種近似這就是動能表達式0EEEk質能方程2mcE 202201cmcvcmEk具體推導過程如下：200cmE1cv222111cvcv2220202021121cvcvcmcmcmEk2021vm質能方程2021vmEk相對論的時空觀什么是時間？什么是空間？時間和空間有什么性質？經典物理學認為空間和時間是脫離物質而存在的，是絕對的，空間和時間之間是沒有聯系的，相對論則認為有物質才有空間和時間，空間和時間與物質的運動狀態有關我們生活在低速運動的世界里，因此自然而然地接受了經典的時空觀，過去誰都沒有意識到時間與空間的性質，只有當新的實驗事實引出的結論與傳統觀念不一致時