《高二物理人教版選修3-4 第十五章第二節(jié) 時(shí)間和空間的相對(duì)性課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高二物理人教版選修3-4 第十五章第二節(jié) 時(shí)間和空間的相對(duì)性課件（22頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、時(shí)間和空間的相對(duì)性 一、“同時(shí)”的相對(duì)性思考與討論：老師站在講臺(tái)前提問，坐在同一排上的一前一后的同學(xué)A 和同學(xué)B 舉手了，老師說：“我看到兩位同學(xué)同時(shí)舉手了。”那么，按照你們現(xiàn)有的理論分析一下：兩位同學(xué)的確是同時(shí)舉手的嗎？參考答案：老師同時(shí)看到舉手（現(xiàn)象），說明兩位同學(xué)舉手這一事件所發(fā)出的光線同時(shí)到達(dá)老師的眼睛，由于同學(xué)A離開老師的距離近，光線傳播需要的時(shí)間少，所以同學(xué)B應(yīng)該比同學(xué)A先舉手（這才是本質(zhì)）。 日常生活中我們都相信“所見即所得”，對(duì)于眼睛看到的現(xiàn)象我們毫不猶豫的就認(rèn)為是事物的本質(zhì)，很少會(huì)深入思考，主要原因是低速的宏觀世界里，光線傳播的速度實(shí)在太快了，由于光線傳播引起的時(shí)間差實(shí)在太微

2、小了，但是精確的理論不能有絲毫誤差，那么如此細(xì)微的差別也必須考慮在內(nèi)。 狹義相對(duì)論簡(jiǎn)介 根據(jù)光速不變假設(shè)，二人說法都是對(duì)的。因此，對(duì)不同的觀察者來說，“同時(shí)”是相對(duì)的 v光源 我認(rèn)為閃光到達(dá)車廂的前壁和后壁是“同時(shí)”的我認(rèn)為閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁 到底是誰錯(cuò)了？同時(shí)的相對(duì)性 同 時(shí) 的 相 對(duì) 性 在相對(duì)火車K靜止的坐標(biāo)系中觀察，火車K中點(diǎn)有一光源發(fā)出光同時(shí)到達(dá)AB兩車廂壁，則在運(yùn)動(dòng)的火車L中靜止的人觀察到光到達(dá)AB兩壁是否還相同？試分析？光 先 到 達(dá) A側(cè) 壁 ，后 到 達(dá) B側(cè) 壁 分析過程：火車L中的人以自己為參考系認(rèn)為自己靜止不動(dòng)，則火車K 以速度v 向自己駛來，閃光發(fā)出的時(shí)候還

3、在車廂中點(diǎn)，但是閃光在飛向車廂前后壁的過程中，火車向B 端駛過一小段距離，所以閃光到達(dá)A車廂壁的路程短，應(yīng)該先照亮A 車廂壁。 地面上的人認(rèn)為A、B 兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生。對(duì)于坐在火箭中沿兩個(gè)事件發(fā)生地點(diǎn)連線平行的人來說哪個(gè)事件先發(fā)生？地面上的人憑什么認(rèn)為A、B 兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生？典例精析 參考答案：A、B 兩個(gè)事件的發(fā)生可以看成兩盞燈發(fā)出的閃光，它們同時(shí)發(fā)生則意味著發(fā)出的閃光同時(shí)到達(dá)了A、B 連線的中點(diǎn) ，地面上的觀察者以此判定A、B 兩事件同時(shí)發(fā)生?；鸺系娜艘宰约簽閰⒖枷嫡J(rèn)為自己靜止不動(dòng)，而地面在向自己飛來，因此在閃光飛向中點(diǎn)的過程中，中點(diǎn)在向自己移動(dòng)，因此他認(rèn)為同時(shí)傳到中點(diǎn)的光線并非同時(shí)發(fā)

4、出的，而是B先發(fā)出，因?yàn)锽離中點(diǎn)遠(yuǎn)，所以他認(rèn)為B事件先發(fā)生。 v一火車以速度V 勻速行駛，地面有一人利用固定在地面上的尺子同時(shí)讀出M、N兩點(diǎn)的坐標(biāo)，得出地面坐標(biāo)系中桿的長(zhǎng)度，對(duì)于車上的觀察者會(huì)如何評(píng)論地面觀察者的測(cè)量過程呢？試分析。 車上的觀察者認(rèn)為，地面參考系的人先讀取N點(diǎn)的讀數(shù)，而后才在M 點(diǎn)讀數(shù)。 車上的人認(rèn)為地面觀察者把桿長(zhǎng)測(cè)短了！二、長(zhǎng)度的相對(duì)性 結(jié)論長(zhǎng)度收縮效應(yīng)或尺縮效應(yīng)：一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止時(shí)的長(zhǎng)度小。 21 cvll對(duì)于這個(gè)結(jié)論我們需要了解： 1、這個(gè)效應(yīng)是真實(shí)存在的，并非幻覺。 2、僅在沿著運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度會(huì)收縮，垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度不會(huì)收縮。 3、這

5、個(gè)效應(yīng)是相對(duì)的，即高速運(yùn)動(dòng)的物體上的人也會(huì)看到地面上的物體沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度變短。 4、物體的運(yùn)動(dòng)速度越大收縮效應(yīng)越明顯。 三、時(shí)間間隔的相對(duì)性一列在平直軌道上以速度v 高速運(yùn)行的列車上固定一長(zhǎng)為l 的細(xì)桿，列車從地面上靜止的觀察者A 身邊經(jīng)過。試分析：列車上的觀察者B 和地面上的觀察者A 認(rèn)為桿通過觀察者A 的時(shí)間間隔各為多少？ B A l v 列車上的觀察者B 認(rèn)為該事件經(jīng)歷的時(shí)間間隔為tl/v 地面的觀察者認(rèn)為細(xì)桿長(zhǎng)為l，通過自己所用的時(shí)間為: 22 11 cvtv cvlvlt 22 11 cvtcvtt 該表達(dá)式中涉及兩個(gè)慣性參考系中的時(shí)間，其中一個(gè)參考系是相對(duì)時(shí)鐘靜止的，則其讀出的是“

6、固有時(shí)間間隔”，稱為原時(shí)，而運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中測(cè)出的時(shí)間稱為“坐標(biāo)時(shí)間間隔”t，由表達(dá)式可以看出t，說明運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘所描述的物理過程變慢了，動(dòng)鐘變慢。 B A l v 結(jié)論時(shí)間膨脹或者動(dòng)鐘變慢效應(yīng)：地面上看，運(yùn)動(dòng)的物體上的時(shí)間進(jìn)程比地面上慢。21 cvt 對(duì)于這個(gè)結(jié)論我們需要了解： 1、運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢效應(yīng)是時(shí)間本身的客觀特征，即并非感覺上變慢，而是真實(shí)的變慢。2、這個(gè)時(shí)間進(jìn)程包括物理、化學(xué)過程、生命過程，甚至人的動(dòng)作、人的新陳代謝都變慢了。 3、這個(gè)效應(yīng)是相對(duì)的，即運(yùn)動(dòng)的物體上的人認(rèn)為一切都很正常，而地面上的時(shí)間進(jìn)程變慢了。 4、運(yùn)動(dòng)的速度越大，這個(gè)效應(yīng)越明顯。 運(yùn) 動(dòng) 的 鐘 走 得 慢時(shí)間的相

7、對(duì)性（時(shí)間膨脹、動(dòng)鐘變慢） y x xy vo oss d B 12 369時(shí)間的相對(duì)性（時(shí)間膨脹、動(dòng)鐘變慢）的簡(jiǎn)要推導(dǎo)：在參考系S中,光線來回所需時(shí)間為t2d/cxyos d12 369 12 3691x 2x12 369 那么，相對(duì)參考系S靜止的鐘測(cè)出的時(shí)間為t，這個(gè)時(shí)間稱為固有時(shí)間間隔，或者原時(shí)。而在參考系S中,看到光線應(yīng)該沿著斜邊從x1到達(dá)x2，根據(jù)幾何關(guān)系不難得出下列表達(dá)式： 222 12 cvtvc dt變 形 可 得 ： 222 22 tvdtc 尺縮效應(yīng)的簡(jiǎn)要推導(dǎo)： 一列火車如圖示，AB兩點(diǎn)間平放一個(gè)標(biāo)尺，為了測(cè)出尺長(zhǎng)，采用了激光測(cè)距的方法。讓A處的光源發(fā)出光射到平面鏡B上，被

8、B反射后被A接收，光從A發(fā)出到光被A接收。 S SA Bv 在火車參考系S中觀察者測(cè)得的長(zhǎng)度為相對(duì)自己靜止的長(zhǎng)度l0，使用的時(shí)間為固有時(shí)間間隔t，兩者滿足關(guān)系式：2l 0=ct 在地面參考系S中觀察者測(cè)得的長(zhǎng)度為標(biāo)尺相對(duì)自己運(yùn)動(dòng)時(shí)的長(zhǎng)度l，使用的時(shí)間為坐標(biāo)時(shí)間間隔t，在激光向右到達(dá)平面鏡B的過程中滿足： l+vt1=ct1;向左回到A的過程中滿足： lvt2=ct2;BA A Bvt1 vA Bvt2 221 1 cvtttt而 ： 20 1 cvll所 以 ： 1.A、B、C是三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，A放在地面上，B、C分別放在兩個(gè)火箭上，以速度vb和vc朝同一方向飛行，vbvc。地面上的觀察者

9、認(rèn)為哪個(gè)時(shí)鐘走得最慢？哪個(gè)走得最快？ 由動(dòng)鐘變慢效應(yīng)，速度越大，時(shí)間變慢效應(yīng)越明顯，所以在地面上的觀察者來看，C 上的鐘走得最慢，B 次之，A 上（地面上）的鐘走得最快。 典例精析 四、相對(duì)論時(shí)空觀子驗(yàn)證尺縮鐘慢效應(yīng)：有文獻(xiàn)報(bào)道在高為1981m的山頂上測(cè)得563個(gè)子進(jìn)入大氣層，在海平面測(cè)得408個(gè)。示意如圖所示，已知 子下降速率為0.995c，低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的半衰期0為2.2s，c表示真空中光速.試解釋上述測(cè)得結(jié)果。 根據(jù)經(jīng)典理論進(jìn)行計(jì)算，過程如下： 6.695.056321 6-80 102.2103995.0 19810 tnn與實(shí)際測(cè)到的結(jié)果相差很大。再用相對(duì)論的理論來解釋一下，看看會(huì)有多大

10、差距呢？ 以地面為參考系，由于子運(yùn)行速度極快，所以其物理進(jìn)程變慢，子的半衰期應(yīng)該大于2.2s，具體分析如下 ： s102.2995.01 102.2-1 5-2620 cv 9.4565.056321 58 102.2103995.0 19810 tnn與觀測(cè)數(shù)據(jù)符合的較好，如果以子為參考系，則山高1981米僅相當(dāng)于，而其半衰期仍為2.2s ，代入公式得到和上述一樣的表達(dá)式，結(jié)果還是456.9，說明此類問題用原有的經(jīng)典理論已經(jīng)無法解釋，而相對(duì)論則可完美的進(jìn)行解釋。 2995.0-11981 銫 原 子 鐘 驗(yàn) 證 ：愛因斯坦曾經(jīng)預(yù)言，兩個(gè)校準(zhǔn)好的鐘，當(dāng)一個(gè)沿閉合路線運(yùn)動(dòng)返回原地時(shí)，它記錄的時(shí)間比原地不動(dòng)的鐘會(huì)慢一些。這已被高精度的銫原子鐘超音速環(huán)球飛行實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。理 論預(yù)言值 飛行原子鐘讀數(shù)減地面鐘讀數(shù) s10 9實(shí)驗(yàn)結(jié)果 原子鐘編號(hào)平均值引力效應(yīng)運(yùn)動(dòng)學(xué)效應(yīng)總的凈效應(yīng) 向東航行 向西航行120361408447 -57-74-55-51 +277+284+266+2661059 1096 7273 14144 18179 21275 18184 2340 再 見