2　时间和空间的相对性

1、人教2003课标版选修3-4第十五章第二节时间和空间的相对性,辽中第一高级中学,关铭,在日常生活和生产中，用时钟测量时间，用米尺测量长度，也是司空见惯的事情。无论是运动的描述，还是运动规律的说明，都跟时间和长度的测量有关。对于不同的参考系，长度和时间的测量结果是否是一样的？对上述问题的讨论，物理学经历了一场关于时空观的变革，从牛顿时代的经典力学跨越到爱因斯坦的相对论。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们：运动的时钟变慢、运动的尺子在运动的方向上缩短。这到底是为什么？,导入新课,第十五章 相对论简介,时间和空间的相对性,一、”同时“的相对性,事例一,按照狭义相对论，不仅“同时”是相对的，有时候，甚至事情

2、的先后也都是相对的。,一节长为10米的列车，A在车后部，B在车前部。当列车以0.6c的高速度通过一个站台的时候,突然站台上的人看到A先向B开枪,过了12.5毫微秒,B又向A发射。因而站台上的人作证：这场枪战是由A挑起的。但是，车上的乘客却提供相反的情况，他们说，是B先开枪，过了10毫微秒，A才动手。事件是由B发动的。,事例二,二、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：,注意： 长度缩短效应只发生在相对运动的方向上。如上例中的 X 轴方向上，在Y 轴方向上无长度缩短效应。,动尺变短（空间收缩效应）,一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比、杆静止时的长度小。,斐克

3、小伙剑术精， 出刺迅捷如流星， 由于空间收缩性， 长剑变成小铁钉.,结论,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。,三、时间间隔的相对性,a图以车上的人作为参考系,A,B,推导过程,h,h,t=2h/c,b图以站台上的人作为参考系,A,D,A,C,推导过程,ACA=ct,由a图得出t=2h/c,由b图得出ACA=ct,以上面两式消去h可得：,因为vt,上面的推导公式表明在地面上观测，火车上的时间进程变慢了，车上的一切物理过程、化学过程和生命过程都变慢了：时钟走得慢了，人的心脏跳动、呼吸、消化、思维活动和一切生理过

4、程都变慢了这就是时间间隔的相对性，也称为“时间膨胀”或“钟慢效应”。,我们设想甲、乙是一对孪生弟兄。他们计划做一次高速飞船旅行，来检验一下狭义相对论。甲留在发射基地，乙周游天外。当飞船再度回到基地时，是甲比乙年轻，还是乙比甲年轻？,这里有两种答案：（1）甲看乙船上的钟变慢了，所以，甲说乙应该比他更年轻一些。（2）乙也看到基地的钟变慢了，所以乙说甲应该比他更年轻些。这是个有名的疑难，叫“双生子佯谬”。,甲,乙,一、“同时”是相对的 二、长度的相对性 三、时间间隔的相对性,课堂小结,1、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。 答案：宣传画变成了长方形，此画的高度不变，宽度变窄了。,课堂小结,2如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上，放着A、B、C三个时钟，下列说法正确的是() AA时钟走得最慢，B时钟走得最快 BA时钟走得最慢，C时钟走得最快 CC时钟走得最慢，A时钟走得最快 DB时钟走得最慢，A时钟走得最快,C,3、以8km/s的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1min，地面上