2　时间和空间的相对性.pptx

第十五章相对论简介 15 2时间和空间的相对性 情景导入 古时 中国有一句得道成仙之语 洞中方一日 世上已千年 这句话人们也许认为是一派胡言 但在现实中确有其事 这正是当前科学界热衷探索的超自然现象 称之为 时空隧道 1 动尺变短狭义相对论中的长度公式 l0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度 而l可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v运动时 静止的观察者测量的长度 还可以认为杆不动 而观察者沿杆的长度方向以速度v运动时测出的杆的长度 2 动钟变慢时间间隔的相对性公式 是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔 而 t是相对于事件发生地以速度v运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔 也就是说 在相对运动的参考系中观测 事件变化过程的时间间隔变大了 这叫作狭义相对论中的时间膨胀 要点学习 3 分析时间间隔和长度变化时应注意的问题 1 时间间隔 长度的变化 都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应 它与所选取的参考系有关 物质本身的结构并没有变化 2 两个事件的时间间隔和物体的长度必须与所选取的参考系相联系 如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸 是没有任何意义的 4 经典时空观和狭义相对论时空观 1 经典时空观 空间和时间脱离物质而存在 是绝对的 空间和时间没有联系 即与物质的运动无关 2 狭义相对论时空观 空间和时间与物质运动状态有关 探究动尺变短和动钟变慢问题导引一架飞机在上海杨浦大桥上空匀速飞过 飞机飞行方向与大桥平行 问飞机上的乘客看到的大桥长度与静止观察时相比有什么变化 问题探究 例题1当火车速度非常接近光速时 相对地面的参考系来说 火车和它里面的一切物体沿运动方向将缩短得像薄纸片一样 火车上的人也认为地面上的一切物体都沿火车运动的方向变薄了 一列匀速直线前进的火车 车厢地板上A处有一盏灯 在灯的正上方车厢顶B处有一面镜子 AB的高为h 现在我们要完成一个光学实验 打开灯的开关 光信号从A到B 再由镜面反射回到A处 车厢里站着一个观测者小明 站台上站着一个观测者小芳 如图所示 难点剖析 故光信号往返的时间 地面上的人 小芳 和车厢里的人 小明 测量的结果不一样 地面上的人测得的时间 t 要比车厢里的人测得的时间 长些 1 下面的说法中正确的是 A 因为时间是绝对的 所以我们在不同的参考系中观察到的时间进程都是相同的B 空间与时间之间是没有联系的C 有物质才有空间和时间D 在一个确定的参考系中观察 运动物体的空间距离和时间进程跟物体的运动状态有关解析 经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的 是绝对的 空间和时间之间也没有联系 其实是错误的 故选项A B错误 因为相对论中空间和时间与物质的运动状态有关 选项C D正确 答案 CD 随堂巩固训练 2 根据狭义相对论 以下说法正确的是 A 在不同的惯性系中 真空中光速不变B 在不同的惯性系中 物理规律具有不同的形式C 同时 具有绝对意义D 物体的长度是绝对的解析 在不同的惯性系中 真空中的光速不变 一切物理规律都具有相同的形式 选项A正确 B错误 同时 是相对的 物体的长度也是相对的 选项C D错误 答案 A 3 用狭义相对论的观点判断 下列说法中不正确的是 A 时间和空间都是绝对的 在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B 在地面上的人看来 以10km s的速度运动的飞船中的时钟会变慢 但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的C 在地面上的人看来 以10km s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄 而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D 当物体运动的速度v c时 时间膨胀 和 长度收缩 效果可忽略不计 4 如图所示 某车沿水平方向高速行驶 车厢中央的光源发出一个闪光 闪光照到了车厢的前 后壁 则地面上的观察者认为该闪光 选填 先到达前壁 先到达后壁 或 同时到达前后壁 同时他观察到车厢的长度比静止时变 选填 长 或 短 了 解析 地面上的观察者认为地面是一个惯性系 闪光向前 后传播的速度相对地面是相同的 但是在闪光飞向两壁的过程中 车厢向前行进了一段距离 所以向前的光传播的路程长些 到达前壁的时间也就晚些 即地面