学粤教版选修34 5.2 时空相对性 课件（2)（13张）.ppt

第二节时空相对性 1 惯性参考系 凡是牛顿定律成立的参考系 称为惯性参考系 简称惯性系 2 伽利略相对性原理对于所有的惯性系 力学规律都是相同的 3 经典时空观 绝对时空观 时间和空间彼此独立 互不关联 且不受物质或运动的影响 4 经典力学的几个基本结论 同时的绝对性 时间间隔的绝对性 空间距离的绝对性 经典时空观 不同的参考系中观察物体的运动情况可能不同 物体在空间移动这一概念也是相对的 在不同参考系中观察物体的运动情况 经典时空观 5 经典时空观的困惑 当火车未动乘客行走 观察者认为乘客的速度为v2 光速恒定的特性 同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾 但是实验现象表明 不论光源和观察者做怎样的相对运动 光速都是恒定的 v 光速 光速 经典时空观 经典时空观认为 19世纪后半叶 关于电磁场的研究不断深入 人们认识到了光的电磁本质 我们已经知道 电磁波是以巨大且有限的速度传播的 因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾 这些矛盾导致了相对论的出现 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律 而且改变了我们对于时间和空间的认识 它的建立在物理学和哲学的发展史上 树立了一座重要的里程碑 相对论时空观 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 在不同的惯性参考系中 一切物理规律都是相同的 爱因斯坦的相对性原理 真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 光速不变原理 同时 的相对性 运动的时钟变慢 运动的尺子缩短 物体质量随速度的增大而增大 注意 只有高速运动时 以上效应才明显 2 狭义相对论的基本结论 相对论时空观 1 同时的相对性 2 运动的时钟变慢 相对论时空观 时钟相对于观察者静止时走得快 相对于观察者运动时 观察者会看到它变慢了 运动速度越快 效果越明显 即运动着的时钟要变慢 对于车厢内的人 对于车厢外的人 h 相对论时空观 h 3 运动的尺子变短 相对论时空观 v 一个物体相对于观察者静止时 它的长度测量值最大 相对于观察者运动时 观察者在运动方向上观测 它的长度缩短 速度越快 缩得越短 即运动的尺子要缩短 车厢运行速度240000km s 车上的人看到的车厢的长度 车外的人看到的车厢的长度 相对论时空观 4 物体质量随速度的增加而增大 时空相对性的实验验证 1966年用 子作了一个类似于双生子旅游的实验 让 子沿一直径为14米的圆环运动再回到出发点 实验结果表明运动的 子的确比静止的 子寿命更长 1971年 科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行 然后与地面的基准钟对照 实验结果与理论预言符合的很好 这是相对论的第一次宏观验证 相对论时空观 两种时空观的对比较 答案 c时钟走得最慢 a走得最快 例题 a b c是三个完全相同的时钟 a放在地面上 b c分别放在两个火箭上 以速度vb和vc朝同一方向飞行 vb vc 地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢 哪个走得最快 例题 以