第五章

科學進步無止盡第2節相對論中的神奇時空狹義相對論狹義相對論中的兩個基本假設包含了不同于經典力學的新時空觀，這種新時空觀變革了傳統的空間、時間、質量、能量等基本概念，揭示了時空統一性和物質、運動的統一性。因此會得出不同于“日常”的奇妙結論。阿爾伯特·愛因斯坦1.知道狹義相對論關于時空相對性的主要結論。2.了解時間延緩效應和長度收縮效應的主要內容及推理的思維過程。3.初步了解時空彎曲現象。01時間延緩效應1.經典時空觀：時間是絕對時間，與運動無關。2.相對論時空觀：當時鐘相對于觀測者靜止時，時鐘走得快些；當時鐘相對于觀測者高速運動時，觀測者則認為時鐘變慢了。假設一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛。車廂中央的光源發出了一個閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁。（1）車上的觀察者以車廂為參考系，閃光到達前后兩壁的時間相同嗎？（2）車下的觀察者來說，以地面為參考系，閃光到達前后兩壁的時間相同嗎？車上的觀察者:閃光同時到達車廂的前后兩壁（圖甲）地面上的觀察者:閃光先到達車廂后壁，后到達前壁（圖乙）同時性是相對的3.時間延緩效應

由于物體的速度不可能達到光速，故＜1

相對速度越大，時間延緩效應越明顯。02長度收縮效應如果與桿相對靜止的人測得桿長是l0

，沿著桿的方向，以v相對桿運動的人測得桿長是l，那么兩者之間的關系是

被測物體相對觀測者的速度越大，長度收縮效應越明顯。思考：為什么我們平時觀察不到這種長度收縮效應？是因為我們生活在比光速低很多的低速世界中，v<<c，l≈l0，長度收縮效應可忽略不計。能量質量光速隨著物體質量的減少，它會釋放出一定的能量。在經典力學中，質量和能量和物體的運動無關，是兩個獨立概念。按照相對論及基本力學定律可以推出，質量和能量具有這樣關系：03質能關系m0——物體的靜止質量。m(v)——相對于觀察者以速度v運動時的質量，即相對論質量。在經典力學中質量是不變的，和物體的運動無關，從相對論角度看質量是變化的。上式給出了一個物體的相對論質量和它的速率的關系。在微觀粒子的實驗中，粒子的速率會達到接近光速的程度，這時質量隨速率的改變就很明顯了。例如v=0.98c時，此時電子的質量是m=5.03m0，這時質量的變化就不能忽略。當v<<c時，m

約等于m0

這時可以認為物體的質量與速率無關，等于其靜止質量。這就是牛頓力學討論的情況，也就是說牛頓力學的結論是相對論力學在速度非常小時的近似。在非慣性參考系中看到的光線是彎曲的！勻加速參考系等效于均勻引力場引力使光線彎曲慣性參考系在慣性參考系中，光沿直線傳播。非慣性參考系04奇妙的時光彎曲愛因斯坦的廣義相對論認為，由于物質的存在，空間和時間會發生彎曲。天地之間的引力作用是時空彎曲的結果。巨大質量的物體使時空彎曲太陽地球上重力太弱，光線彎曲難以測量！太陽質量大，它的引力足以使從遙遠恒星發出的光線經過太陽附近時，產生能夠測量到的彎曲！1.下列說法中不正確的是()

A．只有靜止的參照系是慣性系B．由于在任何慣性系中力學規律都是相同的，因此，研究力學問題時可以選擇任何慣性系C．在不同的慣性系中，光速都是相同的D．在一個慣性系內進行任何力學實驗都不能判斷它是否相對另一個慣性系做勻速直線運動A【答案】C時鐘走最慢，A走最快。2.A、B、C是三個完全相同的時鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飛行，vB<vC，地面上的觀察者認為哪個時鐘走得最慢？哪個走得最快？3.一列很長的火車在沿平直車道飛快地勻速行駛，車廂中央有一個光源發出了一個閃光，閃光照到車廂的前壁和后壁。對這兩個事件說法正確的是(

)A.車上的觀察者認為兩個事件是同時的B.車上的觀察者認為光先到達后壁C.地面上的觀察者認為兩個事件是同時的D.地面上的觀察者認為光到達前壁的時刻晚些AD4.如果真空中的光速為c＝3×108m/s，當一個物體的運動速度為v1＝2.4×108m/s時，質量為3kg，當它的速度為v2＝1.8×108m/s時，質量為多少？思路探究(1)在高速運動問題