1、時間和空間的相對性學案本資料為 woRD 文檔，請點擊下載地址下載全文下載地址人教版物理選修 3-4 學案： 15、 2時間和空間的相對性編寫人：曹樹春審核 : 高二物理組寄語：長度的變短是相對的！學習目標：（ 1）同時的相對性（ 2）運動長度的收縮（ 3）時間間隔的相對學習重點難點：從“同時”的相對性得出運動長度和時間間隔的相對性導讀：在經典物理家的頭腦中，如果兩個事件在一個參考系中看來是同時的，在另一個參考系中看來也一定是同時的，但是如果接受愛因斯坦的兩個假設，我們會得出“同時是相對的”這樣一個結論學習過程：B 一、“同時”的相對性下面我們通過一個實例分析，來看看經典物理和相對論對同時的理

2、解有何不同。車廂長為 L，正以速度v 勻速向右運動， 車廂底面光滑，現有兩只完全相同的小球，從車廂中點以相同的速率v0 分別向前后勻速運動， （相對于車廂） ，問（ 1）在車廂內的觀察者看來，小球是否同時到達兩壁？分析：在車上的觀察者看來，A 球經時間 tA=B 球經時間 tB= 因此兩球到達前后壁。在經典物理學家看來，同時發生的兩件事在任何參照系中觀察，結果都是同時的，兩球也應同時到達前后壁 . 這是我們在日常生活中得到的結論。如果把上述事件換成兩列光的傳播，情況如何呢？在車上的觀察者看來，閃光同時到達前后壁，在地上的觀察者看來，閃光先到達后壁 .這是為什么呢？根據愛因斯坦相對性原理，在不同

3、參考系中一切物理規律都是相同的，這里勻速運動規律也一樣，據 s=ct 得 t= ，車上觀察者看來 s 相同， c 也一樣，所以 t 相同，而對地面的觀察者，光向后位移 s 小（參見課本圖 15.2-1 ），而光速仍然不變，所以向后運動光需要較短時間到達后壁。分析得不錯，由此看來，根據愛因斯坦相對性原理和光速不變原理，我們自然會得出“同時是的”這樣一個原理， 也就是說， 在一個參考系中看來“同時”的，在另一個參考系中卻可能“不同時”。那么為什么我們平時不能觀察這種現象呢？B2長度的相對性請大家看課本圖 15.2 3，地面上的人看到桿的 m、N 兩端發出的光同時到達他的眼睛， 他讀出 N、m的坐標

4、之差為 l ，即地上的觀察者測到的桿長。請大家考慮車上的觀察者是同時看到 N、 m兩端的閃光嗎？不是同時看到， 他看到 N 端先發出光，而 m端后發出光。原因：他認為地上的人觀測的長度就是投影圖中的N、m間距，地上觀察者讀短了。因此車上觀察者測量的長度l0比地上觀察者測量的長度l 長，即 l l0 。正是因為同時的相對性導致了長度的相對性。嚴格的數學推導告訴我們l 和 l 之間有如下關系：l=由式可見總有l l0。一個桿，當它沿自身方向相對于測量者運動時，測量者的測量結果如何？若桿沿著垂直自身方向相對測量者運動呢？如果一個人在地上量好一根靜止桿的長度是l0 ，他將這根桿帶到以 0.5c 速度運

5、動的飛船上，坐在飛船上測量這根桿的長度又是多少？應該是l0 ，可以從公式l=l0求出。這個結論對嗎？為什么？B3時間間隔的相對性（此部分內容請重點看課本101頁）根據公式，通過一定的數學推導可以得出：t=式中是與滴管相對靜止的觀察者測得的兩次滴下墨水的時間間隔，習慣上用希臘字母表示。于是上式寫成t=從上式可以發現哪一位觀察者感覺時間長？上式具有普遍意義。下面請大家計算一個問題。B 一對孿生兄弟，出生后甲乘高速飛船去旅行，測量出自己飛行 30 年回到地面上，乙在地面上生活，問甲回來時30 歲，乙這時是多少歲？（已知飛船速度v=c ）A4時空相對性的驗證（1） 1941 年美國科學家和研究了在不同高度統計了宇宙線中 子的數量，結果與相對論的預言完全一致。（ 2）宏觀的證據是年的銫原子鐘的環球飛行，實驗結果與理論符合得很好。A5相對論的時空觀（ 1）經典物理學家認為時間和空間是而存在的，是的，時間與空間之間聯系。相對論則認為時間與空間之間與有關，是的。（ 2）相對論更具有性，經典物理學可作為相對論在時的特例，但它在自己的適用范圍內還將繼續發揮作用。反思小結：5、2時間和空間的相對性檢測卡一、“同時”的相對性、對于運動的火車上同時發生的兩個事件，對于就不是同時的2、地面上