狹義相對論1/27新課教學(xué)經(jīng)典力學(xué)研究表明全部機(jī)械波都必須經(jīng)過介質(zhì)才能傳輸。麥克斯韋電磁場理論揭示了光就是電磁波。光既然是波，當(dāng)初人們自然要想：傳輸光波介質(zhì)是什么呢？當(dāng)初物理學(xué)家假定這種介質(zhì)叫做“以太”，整個(gè)宇宙空間都充滿了“以太”，認(rèn)為“以太”是非常稀薄，密度極小、完全透明、難以感覺到介質(zhì)。按照經(jīng)典波動(dòng)理論，這種介質(zhì)彈力又是極其大，光波才會(huì)在里面有如此巨大傳輸速度。是一個(gè)使人感到奇怪介質(zhì)。

2/273/27問題：宇宙中充滿了傳輸光介質(zhì)“以太”，地球又在宇宙中運(yùn)動(dòng)，設(shè)光在“以太”中傳輸速度為c，地球相對于“以太”運(yùn)動(dòng)速度為v，那么當(dāng)光傳輸方向與地球運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，以地球?yàn)閰⒖嘉飼r(shí)，會(huì)測得光速度是多大呢？

u1=（c-v）當(dāng)光傳輸方向迎著地球運(yùn)動(dòng)方向而來時(shí)，以地球?yàn)閼T性參考物又會(huì)測得光速為多大呢？生：應(yīng)該是u2=（c+v）4/27美國物理學(xué)工作者邁克爾遜和莫雷在1881至1887年間在不停提升試驗(yàn)準(zhǔn)確度過程中，重復(fù)做了同一個(gè)試驗(yàn)：把儀器固定在地面上與地球一起運(yùn)動(dòng)，在光順著地球運(yùn)動(dòng)方向傳輸、逆著地球運(yùn)動(dòng)方向傳輸、以及光傳輸方向與地球運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，不一樣情況下測量光速差異。令人驚異試驗(yàn)結(jié)果是：以地球?yàn)閼T性參考物時(shí)測得各個(gè)方向光速?zèng)]有差異。這個(gè)著名試驗(yàn)以后物理學(xué)界把它叫做邁克爾遜—莫雷試驗(yàn)。5/271879–1955AlbertEinstein6/27愛因斯坦方法：于1905年寫了一篇論文提出了他想法：

1、相對性原理：物理規(guī)律在一切慣性參考系中都含有相同形式。2、光速不變原理：在一切慣性系中，測量到真空中光速c都一樣。

高速世界兩個(gè)基本原理7/27時(shí)間間隔相對性高速運(yùn)行列車上，由車廂底部發(fā)出閃光，對于車上人來說，閃光是在豎直方向反射，而車廂外人認(rèn)為被接收反射光是沿斜線傳輸．愛因斯坦在提出這兩個(gè)假設(shè)基礎(chǔ)上構(gòu)筑狹義相對論8/27時(shí)間間隔相對性對于車廂內(nèi)人：對于車廂外人：h9/27長度相對性v車廂運(yùn)行速度240000km/s車上人看到車廂長度：車外人看到車廂長度：10/27時(shí)空相對性試驗(yàn)驗(yàn)證當(dāng)兩個(gè)參考系相對速度可與光速相比時(shí)，時(shí)間與空間相對性才比較顯著．狹義相對論結(jié)論已經(jīng)完全得到證實(shí)，實(shí)際上它已經(jīng)成為微觀粒子研究基礎(chǔ)之一．11/27時(shí)空相對性試驗(yàn)驗(yàn)證依據(jù)相對論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行比較遲緩，也就是說，在空間中高速移動(dòng)時(shí)鐘，比固定于地面上時(shí)鐘走得慢．1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面基準(zhǔn)鐘對照．試驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合很好．這是相對論第一次宏觀驗(yàn)證．12/27時(shí)空相對性試驗(yàn)驗(yàn)證早在1941年，科學(xué)家經(jīng)過對宇宙線觀察證實(shí)了相對論結(jié)論，美國科學(xué)家羅西和霍爾在不一樣高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中μ子數(shù)量，結(jié)果與相對論預(yù)言完全一致．13/27例題：有一個(gè)試驗(yàn)事實(shí)：在宇宙射線中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微觀粒子叫做μ子，在試驗(yàn)室中測算出它們靜止時(shí)平均壽命（存在時(shí)間）是τ′=2.2×10-6秒，按照經(jīng)典時(shí)空觀（時(shí)間是孤立，與慣性參考物無關(guān)），μ子以靠近光速度運(yùn)動(dòng)（v=0.998c）時(shí)，在這段時(shí)間內(nèi)μ子能飛過平均旅程只有：s=cτ′=3×108×2.2×10-6=660m，然后μ子就會(huì)消失，可是對宇宙射線大量觀察卻發(fā)覺，大部分高速μ子能夠從約10km高空大氣層抵達(dá)海平面，這是為何呢？能夠用相對論來解釋嗎？

14/27分析：假設(shè)有一輛列車和μ子一起速度v=0.998c運(yùn)動(dòng)，μ子相對于列車是靜止。所以，以列車為慣性參考物，測得μ子壽命就是μ子靜止時(shí)壽命τ′=2.2×10-6秒，而以地面做參考物時(shí)，μ子是運(yùn)動(dòng)，地面上鐘測得其壽命將是：在這段時(shí)間內(nèi)μ子能飛過平均旅程有：s=cτ=3×108×3.48×10-5=10.44km.15/27例題：對于前面在時(shí)鐘延緩效應(yīng)中討論過例題，也能夠從相對論尺縮效應(yīng)來看這個(gè)問題：被μ子穿越大氣層厚度約是10.44km，但假如以μ子為慣性參考物，則μ子是靜止，大氣層在以v=0.998c速度向μ子運(yùn)動(dòng)，所以以靜止μ子測得運(yùn)動(dòng)大氣層厚度只有：所以，μ子能夠穿過大氣層抵達(dá)海平面。

16/27（三）小結(jié)：

經(jīng)典物理時(shí)空觀相對論時(shí)空觀真空中光速在不一樣慣性參考系中測得光速不一樣在任何慣性參考系中測得光速都相同介質(zhì)宇宙中傳輸光介質(zhì)叫“以太”宇宙中不存在“以太”介質(zhì)時(shí)間時(shí)間是獨(dú)立，與參考系無關(guān)同一事件在不一樣參考系中測得時(shí)間不一樣長度同一物體長度與參考系無關(guān)同一物體在不一樣參考系中測得長度不一樣物體速度能夠任意大真空中光速是速度極限，任何物體速度不可能超出真空中光速17/27狹義相對論其它三個(gè)結(jié)論下面，我們學(xué)習(xí)狹義相對論三個(gè)主要結(jié)論…相對論速度疊加公式相對論質(zhì)量質(zhì)能方程18/27相對論速度疊加公式v車廂運(yùn)行速度240000km/s車外人看到車上人相對地面速度為：19/27相對論質(zhì)量物體運(yùn)動(dòng)速度不能無限增加，那么物體質(zhì)量是否伴隨速度而改變？嚴(yán)格論證表明，物體高速（與光速相比）運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量與它靜止時(shí)質(zhì)量之間有下面關(guān)系：m為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m0為靜止質(zhì)量20/27相對論質(zhì)量微觀粒子速度很高，它質(zhì)量顯著大于靜止質(zhì)量．在研究制造盤旋加速器時(shí)必須考慮相對論效應(yīng)影響．

1988年，中國第一座高能粒子加速器——北京正負(fù)電子對撞機(jī)首次對撞成功21/27物體能量和質(zhì)量之間存在著某種聯(lián)絡(luò)：物體能量和質(zhì)量之間存在親密聯(lián)絡(luò)，他們關(guān)系是：愛因斯坦質(zhì)能方程這就是著名質(zhì)能方程22/27質(zhì)能方程表示了物體質(zhì)量和它所含有能量之間關(guān)系.質(zhì)能方程物體動(dòng)能運(yùn)動(dòng)時(shí)能量靜止時(shí)能量在v＜＜c時(shí)一個(gè)近似,這就是動(dòng)能表示式．23/27質(zhì)能方程詳細(xì)推導(dǎo)過程以下：24/27質(zhì)能方程

這就是我們過去熟悉動(dòng)能表示式，這也能讓我們看出，牛頓力學(xué)是相對論力學(xué)在低速情況下特例．25/27檢測題