《2017-2018学年高中物理 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3-4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理 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3-4（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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
2、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
3、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
4、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tt。,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vc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
5、,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
6、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=90 m,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)2.2510-7 s(2)3.7510-7 s,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4.01016 m。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,按地球上的时钟计算,飞船往返一次需多长时间?若以飞船上的时钟计算,往返一次的时间又为多少?,类型一,类型二,答案：8.47年137.7天,类型一,类型二,题后反思在运动的惯性参考系中观测时间具有延缓效应。,
