物理选修3-4学案第十五章2时间和空间的相对性含解析

学必求其心得，业必贵于专精时间和空间的相对性1．“同时”的相对性(1）经典的时空观在同一个惯性系中不同样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。（2)相对论的时空观“同时"拥有相对性，即在同一个惯性系中不同样地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察不用然是同时的.【例1】利用爱因斯坦理想实验说明同时的相对性。剖析：假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是两个事件。车上的观察者以为两个事件是同时的，在他看来这很好接受,由于车厢是个惯性系，光向前、向后流传的速度同样，光源又在车厢的中央，闪光自然会同时到达前后两壁。车下的观察者则不以为然，他观察到,闪光先到达后壁，后到达前壁.他的讲解是：地面也是一个惯性系，闪光向前、向后流传的速度对地面也是同样的,但是在闪光飞向两壁的过程中,车厢向前行进了一段距离，因此向前的光流传的行程长些，到达前壁的时刻也就晚些，这两个事件不同样时.答案：见解析2．“长度”的相对性1)经典的时空观一条杆的长度不会由于观察者可否与杆做相对运动而不同样.2)相对论的时空观学必求其心得，业必贵于专精“长度”也拥有相对性，一条沿自己长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小.设相对于杆静止的观察者以为杆的长度为l0，与杆有相对运动的人以为杆的长度为l，杆相对于观察者的速度为v，则l、l0、v的关系是：l＝l0错误!。【例2】假想在2015年,有一太空船以0.8c的速度飞向“月球太空站”。一科学家在月球上测量运动中的太空船长度为200m,此太空船最后在月球上登陆,此科学家再度测量静止的太空船的长度，测量的结果如何？剖析:设在月球上测得运动的太空船的长度为l，静止的太空船长度为l0，依照狭义相对论的长度缩短效应有l＝l0错误!，因此l0＝错误!＝错误!333m答案：333m3．时间间隔的相对性1）经典的时空观某两个事件，在不同样的惯性系中观察，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，在不同样的惯性参照系中观察，它们的时间间隔是不同样的。设Δτ表示相对事件发生地静止的惯性系中观察的时间间隔，t表示相对事件发生地以v调整运动的参照系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是t＝错误!。【例3】一对孪生兄弟,出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己翱翔30年回到地面上，乙在地面上生活,问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？(已知飞船速度v＝错误!c）,一个是正确的？哪一个是错误学必求其心得，业必贵于专精剖析：已知飞船观察者甲经时间Δτ＝30年，地面上的观察者乙经过时间为t＝错误!＝错误!年＝60年可见甲的孪生兄弟已经60岁了。答案：60岁4．相对论时空观(1)经典时空观空间和时间是走开物质存在的，是绝对的，空间和时间之间也是没有联系的.2)相对论时空观空间和时间与物质的运动状态有关.两者都不能够说是错误的，可是相对论时空观更具宽泛性，经典时空观虽有限制性但作为相对论时空观在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将连续发挥作用。经典时空观和相对论时空观哪的？【例4】用相对论的见解判断以下说法中正确的选项是(）A．时间和空间都是绝对的，在任何参照系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变B．在地面上看来，以10km/s的速度运动的飞船中的时钟会变快,但是飞船中的宇航员却看到时钟可能是正确的C．在地面上的人看来，以10km/s的速度运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉不到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些D．当物体运动的速度v远小于c时,“长度缩短”和“时间膨胀"收效可忽略不计剖析:时间和空间都是相对的，没有绝瞄正确的时间和空间，因此选项A、B错误；由l＝l0错误!可知两处的人都感觉l＜l0，因此选项学必求其心得，业必贵于专精C错误；由尺缩效应和钟慢效应公式可知当v远小于应和钟慢效应都能够忽略不计,因此选项D正确。答案：D

c时，尺缩效5．对狭义相对论几个主要结论的理解(1）几个主要结论相对事件发生地或物体静止相对事件发生地或物体运动的参照系中观的参照系中观察察同时事件同时但不的相事件不同样时发生同地点发生对性时间两个事件发生间隔的时间间隔为两事件发生的时间间隔变大t＝.的相错误!Δτ对性长度若参照系沿杆的方向运动，观察到的杆的长的相杆的长度为l0度减小l＝l0错误!对性2)几个结论的理解要点①时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观察效应,它与所采用的参照系有关,物质自己的结构并没有变化.②两个事件的时间间隔和物体的长度，必定与所采用的参照系相联系，若是在没有采用参照系的情况下谈论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的。析规律：对狭义相对论的认识以上结论是狭义相对论的必然结论,而狭义相对论的正确性已学必求其心得，业必贵于专精被实考据明，因此以上结论是高速世界中必然发生的现象，是客观存在的事实,绝不是人们的主观臆造，之因此人们平常观察不到这些现象，是由于我们生活在低速运动的世界里。【例5－1】一个钟在静止参照系中的摇动周期是3。0s，当一个观察者相对摆钟以0.99c的速度运动时，观察者测得的周期是多少?摆钟是变快了还是变慢了？剖析：设在静止参照系中测得的摆钟周期为测得的周期为t,则依照时间延缓效应有t＝错误!＝错误!s≈21.3s，

Δτ，运动的观察者即运动的观察者观察到的摆钟变慢了.答案：21。3s变慢【例5－2】A、B两架飞机沿地面上一足球场的长度方向在其上空高速飞过，且vA＞vB，在飞机上的人观察结果正确的选项是（A．A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到

)的大B．A

飞机上的人观察到足球场的宽度比

B飞机上的人观察到的大C．两飞机上的人观察到足球场的长度同样D．两飞机上的人观察到足球场的宽度同样剖析：由于当一个惯性系的速度比较大时，依照l＝l0错误!知，足球场的长度沿翱翔方向长度减小，而且速度越大，长度越小，故A、C均错误；而垂直于运动方向上，宽度是不随速度而变化的，因此B错误、D正确.答