2　时间和空间的相对性

15.2时间和空间的相对性,实验高中张晓阳,实验高中张晓阳,15.2时间和空间的相对性,复习回顾，夯实基础,【知识链接】,狭义相对性原理：,光速不变原理：,在不同的参考系中,一切物理规律都是的真空中的光速在不同的惯性参考系中都是的,惯性,相同,相同,新课学习：“同时”的相对性,事件：指某一时刻在空间某一位置发生了某一件事。,V,一、“同时”的相对性,新课学习：“同时”的相对性,V,L,V0,V0,思考：（1）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁？（2）在地上的观察者看来，两球是否同时到达两壁？,经典物理学家认为：同时发生的两件事，在任何参照系中观察都是同时的,思考：（1）在车厢内的观察者看来，闪光是否同时到达两壁？（2）在地面上的观察者看来，闪光是否同时到达两壁？,提示：从经典观点和光速不变原理两方面进行分析,甲.车上的观察者看来，闪光同时到达前后壁,乙.地面上的观察者看来，闪光先到达后壁。,L,L,L/2,V,V,新课学习：“同时”的相对性,B,A,A,B,新课学习：“同时”的相对性,V,B,A,V,在狭义相对论里：“同时”具有相对性。在不同的参考系，同时性会改变。,问：为什么我们平时不能观察到这种现象呢？,二、“时间间隔”的相对性,在站台上看运动火车上的钟,在火车上看运动站台上的钟,“时间间隔”的相对性,“时间间隔”的相对性,对于车上的人来说，闪光是在竖直方向反射的,车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的,对于车厢内的人：,对于车厢外的人：,h,“时间间隔”的相对性,由光速不变原理将得到不同的时间间隔,一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速度v=c）,分析：已知飞船观察者甲经时间t0=30年，地面上的观察者乙经过时间为t=60年,“时间间隔”的相对性,思考：高速运动状态的世界将是怎样的景象呢？,霍金时间简史,这暗示着，人要活得更长久，应该不断地向东飞去，使得地球的转动速度叠加上飞机的速度。,“时间间隔”的相对性,在狭义相对论中，“时间间隔”具有相对性,三、“长度”的相对性,新课学习：“长度”的相对性,v,1.甲图中是一个刻度尺测出的静止的杆的长度，是多少？怎么求出的呢？2.乙图中尺仍然静止，杆水平向右匀速运动，我们应该怎么算杆长？3.用B，A的坐标差值算出的值可以表示杆长吗？,新课学习：“长度”的相对性,v,车上的人看到的车厢的长度：,车外的人看到的车厢的长度：,动尺变短（空间收缩效应）,思考：如果一个人在地上量好一根静止杆的长度是L，他将这根杆带到以0.5c速度运动的飞船上，坐在飞船上测量这根杆的长度又是多少？,动尺变短（空间收缩效应）,伽莫夫的著名科普读物物理世界的奇遇：该城市里的光速异乎寻常地小，当他骑自行车高速行驶时，发现周围的一切如图中一样的变扁了。,动尺变短（空间收缩效应）,四、时空相对性的验证,时空相对性的实验验证,早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中子的数量，结果与相对论预言完全一致,地面附近实际观测到的子数量大于经典理论做出的预言,宇宙线中子平均寿命大于3.0s，飞行较长距离。,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,牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。人类对于空间、时间更进一步的认识而形成的新的时空观。新科学没有全盘否定经典物理学，经典物理学的结论受到了无数次的实践检验。虽相对论更具有普遍性，但经典物理学作为相对论的低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用。,相对论的时空观,1、下列说法正确的是（）A、世界的过去、现在和将来都只有量的变化，而不会发生质的变化B、时间和空间不依赖人们的意识而存在C、时间和空间是绝对的D、时间和空间是紧密联系、不可分割的,D,课堂练习,2、一张正方形的宣传画，正贴在铁路旁的墙上，一高速列车驶过时，在车上的司机看到这张宣传画画成了什么样子？,解析：取列车为惯性系，宣传画相对于列车高速运动，根据尺缩效应，宣传画在运动方向上将变窄，但在垂直运动方向上没有发生变化。