《高二物理人教版選修3-4 第十五章第二節(jié) 時間和空間的相對性課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高二物理人教版選修3-4 第十五章第二節(jié) 時間和空間的相對性課件（22頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、時間和空間的相對性 一、“同時”的相對性思考與討論：老師站在講臺前提問，坐在同一排上的一前一后的同學A 和同學B 舉手了，老師說：“我看到兩位同學同時舉手了。”那么，按照你們現(xiàn)有的理論分析一下：兩位同學的確是同時舉手的嗎？參考答案：老師同時看到舉手（現(xiàn)象），說明兩位同學舉手這一事件所發(fā)出的光線同時到達老師的眼睛，由于同學A離開老師的距離近，光線傳播需要的時間少，所以同學B應(yīng)該比同學A先舉手（這才是本質(zhì)）。 日常生活中我們都相信“所見即所得”，對于眼睛看到的現(xiàn)象我們毫不猶豫的就認為是事物的本質(zhì)，很少會深入思考，主要原因是低速的宏觀世界里，光線傳播的速度實在太快了，由于光線傳播引起的時間差實在太微

2、小了，但是精確的理論不能有絲毫誤差，那么如此細微的差別也必須考慮在內(nèi)。 狹義相對論簡介 根據(jù)光速不變假設(shè)，二人說法都是對的。因此，對不同的觀察者來說，“同時”是相對的 v光源 我認為閃光到達車廂的前壁和后壁是“同時”的我認為閃光先到達后壁，后到達前壁 到底是誰錯了？同時的相對性 同 時 的 相 對 性 在相對火車K靜止的坐標系中觀察，火車K中點有一光源發(fā)出光同時到達AB兩車廂壁，則在運動的火車L中靜止的人觀察到光到達AB兩壁是否還相同？試分析？光 先 到 達 A側(cè) 壁 ，后 到 達 B側(cè) 壁 分析過程：火車L中的人以自己為參考系認為自己靜止不動，則火車K 以速度v 向自己駛來，閃光發(fā)出的時候還

3、在車廂中點，但是閃光在飛向車廂前后壁的過程中，火車向B 端駛過一小段距離，所以閃光到達A車廂壁的路程短，應(yīng)該先照亮A 車廂壁。 地面上的人認為A、B 兩個事件同時發(fā)生。對于坐在火箭中沿兩個事件發(fā)生地點連線平行的人來說哪個事件先發(fā)生？地面上的人憑什么認為A、B 兩個事件同時發(fā)生？典例精析 參考答案：A、B 兩個事件的發(fā)生可以看成兩盞燈發(fā)出的閃光，它們同時發(fā)生則意味著發(fā)出的閃光同時到達了A、B 連線的中點 ，地面上的觀察者以此判定A、B 兩事件同時發(fā)生。火箭上的人以自己為參考系認為自己靜止不動，而地面在向自己飛來，因此在閃光飛向中點的過程中，中點在向自己移動，因此他認為同時傳到中點的光線并非同時發(fā)

4、出的，而是B先發(fā)出，因為B離中點遠，所以他認為B事件先發(fā)生。 v一火車以速度V 勻速行駛，地面有一人利用固定在地面上的尺子同時讀出M、N兩點的坐標，得出地面坐標系中桿的長度，對于車上的觀察者會如何評論地面觀察者的測量過程呢？試分析。 車上的觀察者認為，地面參考系的人先讀取N點的讀數(shù)，而后才在M 點讀數(shù)。 車上的人認為地面觀察者把桿長測短了！二、長度的相對性 結(jié)論長度收縮效應(yīng)或尺縮效應(yīng)：一條沿自身長度方向運動的桿，其長度總比靜止時的長度小。 21 cvll對于這個結(jié)論我們需要了解： 1、這個效應(yīng)是真實存在的，并非幻覺。 2、僅在沿著運動方向上的長度會收縮，垂直于運動方向上的長度不會收縮。 3、這

5、個效應(yīng)是相對的，即高速運動的物體上的人也會看到地面上的物體沿運動方向長度變短。 4、物體的運動速度越大收縮效應(yīng)越明顯。 三、時間間隔的相對性一列在平直軌道上以速度v 高速運行的列車上固定一長為l 的細桿，列車從地面上靜止的觀察者A 身邊經(jīng)過。試分析：列車上的觀察者B 和地面上的觀察者A 認為桿通過觀察者A 的時間間隔各為多少？ B A l v 列車上的觀察者B 認為該事件經(jīng)歷的時間間隔為tl/v 地面的觀察者認為細桿長為l，通過自己所用的時間為: 22 11 cvtv cvlvlt 22 11 cvtcvtt 該表達式中涉及兩個慣性參考系中的時間，其中一個參考系是相對時鐘靜止的，則其讀出的是“

6、固有時間間隔”，稱為原時，而運動的慣性參考系中測出的時間稱為“坐標時間間隔”t，由表達式可以看出t，說明運動的時鐘所描述的物理過程變慢了，動鐘變慢。 B A l v 結(jié)論時間膨脹或者動鐘變慢效應(yīng)：地面上看，運動的物體上的時間進程比地面上慢。21 cvt 對于這個結(jié)論我們需要了解： 1、運動時鐘變慢效應(yīng)是時間本身的客觀特征，即并非感覺上變慢，而是真實的變慢。2、這個時間進程包括物理、化學過程、生命過程，甚至人的動作、人的新陳代謝都變慢了。 3、這個效應(yīng)是相對的，即運動的物體上的人認為一切都很正常，而地面上的時間進程變慢了。 4、運動的速度越大，這個效應(yīng)越明顯。 運 動 的 鐘 走 得 慢時間的相

7、對性（時間膨脹、動鐘變慢） y x xy vo oss d B 12 369時間的相對性（時間膨脹、動鐘變慢）的簡要推導：在參考系S中,光線來回所需時間為t2d/cxyos d12 369 12 3691x 2x12 369 那么，相對參考系S靜止的鐘測出的時間為t，這個時間稱為固有時間間隔，或者原時。而在參考系S中,看到光線應(yīng)該沿著斜邊從x1到達x2，根據(jù)幾何關(guān)系不難得出下列表達式： 222 12 cvtvc dt變 形 可 得 ： 222 22 tvdtc 尺縮效應(yīng)的簡要推導： 一列火車如圖示，AB兩點間平放一個標尺，為了測出尺長，采用了激光測距的方法。讓A處的光源發(fā)出光射到平面鏡B上，被

8、B反射后被A接收，光從A發(fā)出到光被A接收。 S SA Bv 在火車參考系S中觀察者測得的長度為相對自己靜止的長度l0，使用的時間為固有時間間隔t，兩者滿足關(guān)系式：2l 0=ct 在地面參考系S中觀察者測得的長度為標尺相對自己運動時的長度l，使用的時間為坐標時間間隔t，在激光向右到達平面鏡B的過程中滿足： l+vt1=ct1;向左回到A的過程中滿足： lvt2=ct2;BA A Bvt1 vA Bvt2 221 1 cvtttt而 ： 20 1 cvll所 以 ： 1.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，vbvc。地面上的觀察者

9、認為哪個時鐘走得最慢？哪個走得最快？ 由動鐘變慢效應(yīng)，速度越大，時間變慢效應(yīng)越明顯，所以在地面上的觀察者來看，C 上的鐘走得最慢，B 次之，A 上（地面上）的鐘走得最快。 典例精析 四、相對論時空觀子驗證尺縮鐘慢效應(yīng)：有文獻報道在高為1981m的山頂上測得563個子進入大氣層，在海平面測得408個。示意如圖所示，已知 子下降速率為0.995c，低速運動時的半衰期0為2.2s，c表示真空中光速.試解釋上述測得結(jié)果。 根據(jù)經(jīng)典理論進行計算，過程如下： 6.695.056321 6-80 102.2103995.0 19810 tnn與實際測到的結(jié)果相差很大。再用相對論的理論來解釋一下，看看會有多大

10、差距呢？ 以地面為參考系，由于子運行速度極快，所以其物理進程變慢，子的半衰期應(yīng)該大于2.2s，具體分析如下 ： s102.2995.01 102.2-1 5-2620 cv 9.4565.056321 58 102.2103995.0 19810 tnn與觀測數(shù)據(jù)符合的較好，如果以子為參考系，則山高1981米僅相當于，而其半衰期仍為2.2s ，代入公式得到和上述一樣的表達式，結(jié)果還是456.9，說明此類問題用原有的經(jīng)典理論已經(jīng)無法解釋，而相對論則可完美的進行解釋。 2995.0-11981 銫 原 子 鐘 驗 證 ：愛因斯坦曾經(jīng)預言，兩個校準好的鐘，當一個沿閉合路線運動返回原地時，它記錄的時間比原地不動的鐘會慢一些。這已被高精度的銫原子鐘超音速環(huán)球飛行實驗所證實。理 論預言值 飛行原子鐘讀數(shù)減地面鐘讀數(shù) s10 9實驗結(jié)果 原子鐘編號平均值引力效應(yīng)運動學效應(yīng)總的凈效應(yīng) 向東航行 向西航行120361408447 -57-74-55-51 +277+284+266+2661059 1096 7273 14144 18179 21275 18184 2340 再 見