152时间和空间的相对性

如皋市薛窑中学09-10学年高二物理教学案15.2时间和空间的相对性学习目标1了解相对论的时空观2了解狭义相对论的内容学习过程活动一： 了解“同时”的相对性1经典的时空观在同一个惯性参考系不同地点中同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的。2相对论的时空观“同时”具有相对性，即在同一个惯性参考系不同地点中同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察不是同时的。 当堂训练例1地面上A、B两个事件同时发生，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说，如图，哪个事件先发生？活动二：了解“长度”的相对性1经典的时空观一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做 而不同。2相对论的时空观“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止的长度要 ，在垂直于运动方向上，杆的长度 。3相对论中杆的长度公式： ，其中l0是静止时杆的长度，l是以速度v沿杆的方向运动的杆的长度。这一效应叫做“尺缩效应”。例2（2008江苏卷）惯性系s中有一边长为l的正方形，如图所示，从相对s系沿x的方向以接近光速匀速飞行的飞行器上测得该正方形的图象是（ ）活动三：了解时间间隔的相对性1经典的时空观某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔总是 的。2相对论的时空观某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是 的，惯性系的速度越大，惯性系中的物理过程进行的越 。非但如此，惯性系中的一切物理过程都 了。3相对论中时间间隔公式： ，其中表示静止惯性系中观察的时间间隔，表示以速度v高速运动的参考系中观察同样两件事的时间间隔。，这一效应叫做“时间膨胀”。例3+介子是一种不稳定的粒子，平均寿命是2.610-8s（在自己的参考系中测得）。（1）如果此粒子相对于实验室以0.8c的速度运动，那么在实验室中测量+介子的寿命多长？(2) +介子在衰变前运动了多长距离？活动四：时空相对性的实验验证时空相对性的最早证据跟宇宙射线的观测有关（1941年），宇宙射线是来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，它和高层大气作用，又产生多种粒子，叫做次级宇宙射线，它们统称宇宙射线。次级宇宙线中有一种粒子叫做子，寿命不长，只有3.0s，超过这个时间后大多数子就衰变为别的粒子了。宇宙线中子的速度约为0.99c，所以在它的寿命之内，运动的距离只有约890m。子生成的高度在100km以上，这样说来宇宙线中的子不可能到达地面，但在实际上，地面观测到的宇宙线中有许多子，这只能用相对论来解释。我们说子的寿命为3.0s，这是在与它相对静止的参考系中说的，从地面参考系看，子在以接近光速的速度运动，它的寿命比3.0s长得多，在这样长的时间内，许多子可以飞到地面。如果观察者和子一起运动，这个现象也好解释，这位观察者看到，子的寿命仍是3.0s，但是大地正向他扑面而来，因此大气层的厚度不是100km，由于长度的相对性，在他看来大气层比100km薄得多，许多子在衰变为其他粒子之前可以飞过这样的距离。相对论的第一次宏观验证是在1971年进行的，当时把铯原子钟放在喷气式飞机上作环球飞行，然后与地面上的基准钟对照.实验结果与理论预言符合得很好。例4次级宇宙射线中有一种粒子叫子，寿命只有2.0s，其速度约为0.99c，在它寿命之内运动的距离只有约890m，但它生成的高度在100Km以上，并且地面上能观测到宇宙射线中有许多子，针对这一现象，下列说法正确的是（ ）A地面上的观察者观测到的子的寿命比2.0s长得多，故能射到地面。B和子一起运动的观察者观测到的大气层的厚度比100km薄得多，故能射到地面。C地面上的观察者观测到的大气层的厚度比100km薄得多，故能射到地面。D和子一起运动的观察者观测到的子寿命比大气层的厚度比12.0s长得多，故能射到地面。活动五：了解狭义相对论的时空观牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是 、 、没有联系的，脱离物质而独立存在，与物质的运动无关。而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与 有关。人类对于空间和时间的进一步的认识而形成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，不断发展、不断完善起来的。【当堂反馈】1若A、B两火箭沿同一方向高速飞过地面的某处，vAvB，两火箭和地面该处各有一个完全相同的时钟，则从地面上观察的结果正确的是（ ）A火箭A上时钟走得最快B地面上的时钟走得最快C火箭B上时钟走得最快D火箭B上时钟走得最慢2下列说法正确的是（ ）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有物质才有时间和空间C在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离与时间进程跟物体的运动状态有关D空间与时间之间是没有联系的3有兄弟两个，哥哥乘坐宇宙飞船以接近光速的速度离开地球去遨游太空，经过一段时间返回地球，哥哥惊奇地发现弟弟比自己要苍老许多，则该现象的科学解释是（ ）A哥哥在太空中发生了基因突变，停止了生长B弟弟思念哥哥而加速生长C由相对论可知，物体速度越大，其上时间进程越慢，生理进程也越慢D这是神话，科学无法解释4一根10m长的梭镖以某一相对速度穿过一根10m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的，如图所示以下哪种更好地描述了梭