第6章 3 时间、长度的相对性

1、.3时间、长度的相对性学 习 目 标知 识 脉 络1.理解同时的相对性难点2.知道时间间隔的相对性和长度的相对性重点、难点3.知道时间和空间不是脱离物质而单独存在.同 时 的 相 对 性 和 运 动 时 钟 的 变 慢 1“同时的相对性1绝对时空观在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的，即时间是绝对的2相对论的时空观“同时具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察可能是不同时的2运动时钟的变慢1绝对时空观某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是一样的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

2、间间隔是不同的，惯性系速度越大，惯性系中的时间进展得越慢3相对论的时间变换公式设表示静止的惯性系中观测的时间间隔，0表示以u运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，那么它们的关系是：.1根据相对论的时空观，“同时具有相对性2高速飞行的火箭中的时钟要变慢3在高速世界中，运动的时钟会变慢，而在低速世界中这种效应可以忽略1以任何速度运动，时间延缓效应都很显著吗？【提示】不是当uc时，时间延缓效应显著；当uc时，时间延缓效应可忽略2为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢？在什么情况下，相对论效应比较明显？【提示】在平时生活中，物体运动的速度都非常小，与光速c相比均可忽略，因此我们觉察不到

3、同时的相对性，相对论的所有效应都不明显，但在参考系速度接近光速一般都需0.9c以上时，相对论效应就明显表现出来了1同时的相对性1经典物理学认为假如两个事件在一个参考系中是同时发生的，那么在另一个参考系中观察也一定是同时发生的即同时是绝对的，与所在的惯性参考系无关2狭义相对论的时空观认为同时是相对的，即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的3对“同时相对性的理解如图6­3­1所示，某列车车厢的中央发出一个闪光，经过某段时间到达前后两壁事件A和B，设车厢长度为2L.地面上有一观察者以速度v自左向右运动图6­3­1对车内的观察

4、者来说：光到达前、后两壁的时间tAtB，即事件A和B同时发生对地面观察者来说：光相对观察者的速度大小仍然为光速c，所以向左传播的光相对地面的速度为cv，向右传播的光相对地面的速度为cv.tA，tB，tAtB，事件A先发生所以在静止的观察者看来是同时发生的两个事件，在运动的观察者看来不再同时，沿着运动方向位置靠前的事件A先发生，沿着运动方向位置靠后的事件B后发生2运动时钟变慢时间延缓某两个事件在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔不一样设与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为0，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为，那么.对时间延缓效应的理解：1时间延缓效应的

5、来源是光速不变原理2时间延缓效应是时空的一种属性在运动参考系中的时间节奏变缓慢了一切物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏变慢了3固有时间：在某个参考系中，同一地点先后发生了两个事件，用固定在该参考系中的钟来测定两事件的时间间隔称为两事件的静止时间或固有时间，也称原时4日常生活中的时间延缓效应可以忽略，在运动速度接近光速时，那么变得特别重要1在一惯性系中观测，有两个事件同时不同地，那么在其他惯性系中观察，结果不正确的选项是A一定同时B可能同时C不可能同时，但可能同地D不可能同时，也不可能同地E可能不同时【答案】ACD2一飞船以u9×103 m/s的速率相对于地面飞行，飞船上的钟

6、走了5 s，用地面上的钟测量，经过了多长时间？【解析】此问题就是在不同参考系中测量时间的问题u9×103 m/s，t5 s，由时间延缓效应，得t5.000 000 002 s.【答案】5.000 000 002 s应用相对论“效应解题的一般步骤1应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度2明确求解的问题，即明确求解的是静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果3应用“时间延缓效应公式进展计算长 度 的 相 对 性 1长度的相对性1绝对时空观一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同，即空间也是绝对的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

7、度总比静止的长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度不变3相对论的长度变换公式设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l，杆相对于观察者的速率为u，那么l，l0，v的关系是：ll0.2相对论的时空观时间和空间不能脱离物质和物质的运动状态时间变慢，空间的长度会变短，这都与物质的运动速度有关1相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度大×2相对论时空观认为，“长度也具有相对性3当物体运动的速度接近光速c时，“时间膨胀和“长度收缩效应才明显1尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗？【提示】尺子沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变2相对论的时间变换公式

8、和长度变换公式，适用条件是什么？【提示】适用于高速运动的物体1长度的相对性长度缩短的理解观察者与被测物体有相对运动时，长度的测量值等于其原长的 倍，即物体沿运动方向缩短了，这就是洛伦兹收缩长度缩短1观察运动的物体其长度要收缩，收缩只出如今运动方向固有长度值最大如图6­3­2所示图6­3­22低速空间相对论效应可忽略3长度收缩是相对的，K系认为静止在K系中的尺收缩，反之，K系认为静止在K系中的尺收缩2时空相对性的验证时空相对性的最早证据跟宇宙线的观测有关如子，寿命为3.0 s宇宙线中的子速度约为0.99c，子生成的高度低至十几千米、高至几百千米，虽然它只能

9、飞行约890 m，但实际上，地面观测到的宇宙线中有许多子，对此现象解释如下：从地面观察者来看，子在以接近光速的速度运动，它的寿命比与子静止的参考系中的3.0 s要长得多，在这样长的时间内，许多子可以飞到地面从与子一起运动的观察者来看，子寿命仍是3.0 s，但大地正向他扑面而来，因此大气层的厚度比地面上的测量值小得多，许多子在衰变为其他粒子前可以飞过这样的间隔 3某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，假如希望把这路程缩短为3光年，那么他所乘飞船相对地球的速度为_【解析】由ll0得，35，解得v0.8c.【答案】0.8 c4地面上长100 km的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s的速度掠过，那么火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？假如火箭的速度到达0.6 c，那么火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？【解析】当火箭速度较低时，长度根本不变，还是100 km.当火箭的速度到达0.6c时，由相