时间、长度的相对性

1、时间、长度的相对性时间、长度的相对性武胜中学武胜中学 吴建兵吴建兵1.1.惯性参考系：惯性参考系： 凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。考系，简称惯性系。2.2.伽利略相对性原理伽利略相对性原理 对于所有的惯性系，力学规律都是相同的。对于所有的惯性系，力学规律都是相同的。3.3.经典时空观（绝对时空观）经典时空观（绝对时空观）时间和空间彼此独立、互不关联，且不时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。受物质或运动的影响。复习：相对性原理：相对性原理：对于不同的惯性系，物理规律对于不同的惯性系，物理规律（包括力学和电磁学）都是一样

2、的。（包括力学和电磁学）都是一样的。光速不变原理：光速不变原理：光速与惯性系的选择无关。光速与惯性系的选择无关。1 1、经典力学的几个基本结论、经典力学的几个基本结论 “同时同时”的绝对性的绝对性时间间隔的绝对性时间间隔的绝对性空间距离的绝对性空间距离的绝对性质量不随速度而变化质量不随速度而变化2 2、相对论时空观、相对论时空观 “同时同时”的相对性的相对性 运动时间变慢运动时间变慢运动尺子的缩短运动尺子的缩短 运动质量的变大运动质量的变大概述：两种时空观得出的重要结论：概述：两种时空观得出的重要结论：一、同时的相对性一、同时的相对性相隔一定距离发生的两件事，在一个参考系中观测是同时发生的，在

3、相对于此参考系运动的另一个参考系中观测就可能不是同时，而是一前一后发生的。假设一列火车在平直的轨道上假设一列火车在平直的轨道上以速度以速度u行驶、高速开过站台，在行驶、高速开过站台，在车厢的正中有一闪光灯。现使该灯车厢的正中有一闪光灯。现使该灯发出一个闪光。闪光照到前、后壁，发出一个闪光。闪光照到前、后壁，是两件事。小明在车上观测，小芳是两件事。小明在车上观测，小芳在站台上观测。他们认为这两个事在站台上观测。他们认为这两个事件是同时发生的吗？闪光是同时到件是同时发生的吗？闪光是同时到达前、后壁的吗？达前、后壁的吗？u小明：（以车厢为参考系）小明：（以车厢为参考系）车子是静止的，光速是不变的，光

4、同时向车子是静止的，光速是不变的，光同时向A和和B前进，到达前、后两壁，用时相同。即闪光前进，到达前、后两壁，用时相同。即闪光同时到达前、后壁。同时到达前、后壁。小芳：（以站台为参考系）小芳：（以站台为参考系）车子是运动的，光速是不车子是运动的，光速是不变的，光同时向变的，光同时向A和和B前进，先前进，先到达到达A，后到达，后到达B，用时不相同。，用时不相同。即闪光不是同时到达前、后壁。即闪光不是同时到达前、后壁。u在一个参考系中是同时发生的两件事，在在一个参考系中是同时发生的两件事，在相对于此参考系运动的另一个参考系中观测不相对于此参考系运动的另一个参考系中观测不是同时发生，这就是是同时发生

5、，这就是“同时同时”的相对性。的相对性。u车厢相对于站台的速率车厢相对于站台的速率越大，相隔的时间就越长，越大，相隔的时间就越长，在大到一定值时，这个差值在大到一定值时，这个差值就大得不能忽略。就大得不能忽略。一、同时的相对性一、同时的相对性二、运动时钟的变慢二、运动时钟的变慢二、运动时钟的变慢二、运动时钟的变慢MAv对于车厢内的人：对于车厢内的人：对于车厢外的人：对于车厢外的人：cht22224vcht21cvttvMvMBvMAct2vt2hhvt2ct221cvtt时间延缓效应并不是说由于相对运动而使钟发生了结构性变化，是由于不同观测者进行量度时引起的一种观测效应。这种效应是相对的。对于

6、同一参考系，v=0，就不存在这种效应了。当当v接近光速时，接近光速时，这种偏差是非常大的。这种偏差是非常大的。3:003:003:004:004:003:40时钟相对于观察者静止时走得快，相对于观察时钟相对于观察者静止时走得快，相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显，即运动着的时钟要变慢。效果越明显，即运动着的时钟要变慢。二、运动时钟的变慢二、运动时钟的变慢A、B、C是三个完全相同的时钟，是三个完全相同的时钟，A放在地面放在地面上，上， B、C分别放在两个火箭上，以速度分别放在两个火箭上，以速度vB和和vC朝同一朝同一方

7、向飞行，方向飞行， vBvC，地面上的观察者认为哪个时钟走得，地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？最慢？哪个走得最快？以以8km/s的速度运行的人造卫星上一只完好的的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了手表走过了1mim，地面上的人认为它走过这，地面上的人认为它走过这1mim “实实际际”上花了多少时间？上花了多少时间？ 102238113 6 108 10113 10tt.minvc 三、长度的相对性三、长度的相对性 还是在以速度u前进的车厢中，现在要测量如图CD两点间的距离，小明用一根尺子如图放置，记下两点坐标x1和x2，则L0= x1-x2，可以求得。L0是CD两点的静

8、长。可是小芳测量就不一样了。L0uCD的距的距离是多离是多少呢？少呢？三、长度的相对性三、长度的相对性L0uCD的距的距离是多离是多少呢？少呢？对小芳来说：先记下X1，后记下X2时，车子已经向前走了一段，她测得的L0比小明的长；同理，若先记下X2，后记下X1，测得的L0比小明的短。总之，选择的惯性参考系不同，测得的长度不等，长度具有相对性。小芳以站台作参考系一个物体相对于观察者静止时，它的长一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大。相对于观察者运动时，观察度测量值最大。相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度缩短，速度者在运动方向上观测，它的长度缩短，速度越快，缩得越短。即运

9、动的尺子要缩短。越快，缩得越短。即运动的尺子要缩短。三、长度的相对性三、长度的相对性v0v例题+介子是一种不稳定的粒子，产生后很快转化成别的粒子了，它的平均寿命是，当它以0.99C的速率在实验室中运动时，平均来说它“一生”中能跑多远？s8106 . 2时空相对性的实验验证时空相对性的实验验证1966年用年用子作了一个类似于双生子旅游子作了一个类似于双生子旅游的实验，让的实验，让子沿一直径为子沿一直径为14米的圆环运动再米的圆环运动再回到出发点，实验结果表明运动的回到出发点，实验结果表明运动的子的确比子的确比静止的静止的子寿命更长。子寿命更长。 19711971年，科学家将铯原子钟放在喷年，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。的很好这是相对论的第一次宏观验证。经典时空观经典时空观相对论时空观相对论时空观主主要要结结论论同时的绝对性同时的绝对性同时的相对性同时的相对性时间间隔的绝对性时间间隔的绝对性运动的时钟变慢运动的时钟变慢空间距离的绝对性空间距离的绝对性运动的尺子变短运动的尺子变短质量不变质量不变质量随速度的增大而增大质量随速度的增大而增大主主要要