高中物理 第十五章 相对论简介 15.2 时间和空间的相对性课件 新人教版选修34.ppt

2 时间和空间的相对性 1 知道同时的相对性 长度的相对性 时间间隔的相对性 2 了解时空相对性的实验验证 3 知道狭义相对论的时空观 空间和时间与物质的运动状态有关 1 2 3 4 5 1 同时 的相对性 1 经典的时空观 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 即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件 在另一惯性系中观察不是同时的 1 2 3 4 5 2 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相对运动而不同 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 其长度总比杆静止时的长度要小 在垂直于运动方向上 杆的长度没有变化 1 2 3 4 5 3 时间间隔的相对性 1 经典的时空观 某两个事件 在不同的惯性系中观察 它们的时间间隔总是相同的 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 它们的时间间隔是不同的 惯性系的速度越大 惯性系中的物理过程进行得越慢 非但如此 惯性系中的一切物理过程都变慢了 1 2 3 4 5 4 时空相对性的验证根据相对论 时间在运动中会进行得比较缓慢 也就是说 在空间中高速移动的时钟 比固定于地面上的时钟走得慢 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 1 2 3 4 5 5 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绝对的 分离的 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 时间的进一步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 一 二 三 一 二 三 一 二 三 二 动钟变慢 公式的推导两个完全相同的时钟 对好指针 一个放在静止的参考系中 一个放在运动的参考系中 运动的时钟走得比静止的要慢 一个物理事件发生在运动惯性系中 运动系中的观察者测量的时间是 t 静止的参考系中测量的时间是 t 结果是 t t 一 二 三 一 二 三 一 二 三 三 经典时空观与相对论时空观的主要区别1 实验基础不同 我们根据生活经验 通过对周围世界的观察最容易接受的是经典时空观 又叫绝对时空观 因为经典时空观是以v c的低速运动下的实验为基础建立的 而相对论时空观建立在光速不变的基础上 在高速运动的情形中 相对论效应才会明显 由于缺少高速运动中的生活经验 初学者难以接受 一 二 三 2 对时间 空间与物质的联系性认识不同 1 经典时空观认为时间均匀流逝 与物质无关 空间是物质运动的场所 空间本身不受物质运动状态的影响 同时空间与时间也是没有联系的 总之一句话 时间 空间都是绝对的 不同参考系中观察同一物理过程时间是相同的 观察同一物体长度是相同的 2 相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关 运动物体的长度也跟物体的运动状态有关 换句话说 不同参考系中观察同一物理过程时间可能不同 观察同一物体长度可能不同 空间和时间与物质的运动状态有关 同时 时间和空间也是有联系的 一 二 三 3 经典时空观的价值 经典时空观建立在实验的基础上 它的结论又受到无数次实践的检验 虽然相对论时空观更具有普遍性 但是经典时空观在低速运动时所得出的结论与实验事实符合得很好 由于宏观物体的速度不可能接近光速 所以经典时空观仍有存在的价值 类型一 类型二 长度的相对性 例1 长度测量与被测物体相对于观察者的运动有关 物体在运动方向上长度缩短了 一艘宇宙飞船的船身长度为l0 90m 相对地面以v 0 8c的速度从一观测站的上空飞过 1 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少 2 宇航员测得船身通过观测站的时间间隔是多少 类型一 类型二 答案 1 2 25 10 7s 2 3 75 10 7s 题后反思在和被测物体有相对运动的观察者看来 物体沿运动方向的长度变短了 类型一 类型二 时间的相对性 例2 半人马座 星是离太阳系最近的恒星 它距地球4 0 1016m 设有一宇宙飞船自地球往返于半人马座 星之间 若宇宙飞船的速度为0 999c 按地球上的