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1、時(shí)間和空間的相對(duì)性學(xué)案本資料為 woRD 文檔,請(qǐng)點(diǎn)擊下載地址下載全文下載地址人教版物理選修 3-4 學(xué)案: 15、 2時(shí)間和空間的相對(duì)性編寫(xiě)人:曹樹(shù)春審核 : 高二物理組寄語(yǔ):長(zhǎng)度的變短是相對(duì)的!學(xué)習(xí)目標(biāo):( 1)同時(shí)的相對(duì)性( 2)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的收縮( 3)時(shí)間間隔的相對(duì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn):從“同時(shí)”的相對(duì)性得出運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性導(dǎo)讀:在經(jīng)典物理家的頭腦中,如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中看來(lái)是同時(shí)的,在另一個(gè)參考系中看來(lái)也一定是同時(shí)的,但是如果接受愛(ài)因斯坦的兩個(gè)假設(shè),我們會(huì)得出“同時(shí)是相對(duì)的”這樣一個(gè)結(jié)論學(xué)習(xí)過(guò)程:B 一、“同時(shí)”的相對(duì)性下面我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例分析,來(lái)看看經(jīng)典物理和相對(duì)論對(duì)同時(shí)的理
2、解有何不同。車(chē)廂長(zhǎng)為 L,正以速度v 勻速向右運(yùn)動(dòng), 車(chē)廂底面光滑,現(xiàn)有兩只完全相同的小球,從車(chē)廂中點(diǎn)以相同的速率v0 分別向前后勻速運(yùn)動(dòng), (相對(duì)于車(chē)廂) ,問(wèn)( 1)在車(chē)廂內(nèi)的觀察者看來(lái),小球是否同時(shí)到達(dá)兩壁?分析:在車(chē)上的觀察者看來(lái),A 球經(jīng)時(shí)間 tA=B 球經(jīng)時(shí)間 tB= 因此兩球到達(dá)前后壁。在經(jīng)典物理學(xué)家看來(lái),同時(shí)發(fā)生的兩件事在任何參照系中觀察,結(jié)果都是同時(shí)的,兩球也應(yīng)同時(shí)到達(dá)前后壁 . 這是我們?cè)谌粘I钪械玫降慕Y(jié)論。如果把上述事件換成兩列光的傳播,情況如何呢?在車(chē)上的觀察者看來(lái),閃光同時(shí)到達(dá)前后壁,在地上的觀察者看來(lái),閃光先到達(dá)后壁 .這是為什么呢?根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理,在不同
3、參考系中一切物理規(guī)律都是相同的,這里勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律也一樣,據(jù) s=ct 得 t= ,車(chē)上觀察者看來(lái) s 相同, c 也一樣,所以 t 相同,而對(duì)地面的觀察者,光向后位移 s 小(參見(jiàn)課本圖 15.2-1 ),而光速仍然不變,所以向后運(yùn)動(dòng)光需要較短時(shí)間到達(dá)后壁。分析得不錯(cuò),由此看來(lái),根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理和光速不變?cè)恚覀冏匀粫?huì)得出“同時(shí)是的”這樣一個(gè)原理, 也就是說(shuō), 在一個(gè)參考系中看來(lái)“同時(shí)”的,在另一個(gè)參考系中卻可能“不同時(shí)”。那么為什么我們平時(shí)不能觀察這種現(xiàn)象呢?B2長(zhǎng)度的相對(duì)性請(qǐng)大家看課本圖 15.2 3,地面上的人看到桿的 m、N 兩端發(fā)出的光同時(shí)到達(dá)他的眼睛, 他讀出 N、m的坐標(biāo)
4、之差為 l ,即地上的觀察者測(cè)到的桿長(zhǎng)。請(qǐng)大家考慮車(chē)上的觀察者是同時(shí)看到 N、 m兩端的閃光嗎?不是同時(shí)看到, 他看到 N 端先發(fā)出光,而 m端后發(fā)出光。原因:他認(rèn)為地上的人觀測(cè)的長(zhǎng)度就是投影圖中的N、m間距,地上觀察者讀短了。因此車(chē)上觀察者測(cè)量的長(zhǎng)度l0比地上觀察者測(cè)量的長(zhǎng)度l 長(zhǎng),即 l l0 。正是因?yàn)橥瑫r(shí)的相對(duì)性導(dǎo)致了長(zhǎng)度的相對(duì)性。嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)告訴我們l 和 l 之間有如下關(guān)系:l=由式可見(jiàn)總有l(wèi) l0。一個(gè)桿,當(dāng)它沿自身方向相對(duì)于測(cè)量者運(yùn)動(dòng)時(shí),測(cè)量者的測(cè)量結(jié)果如何?若桿沿著垂直自身方向相對(duì)測(cè)量者運(yùn)動(dòng)呢?如果一個(gè)人在地上量好一根靜止桿的長(zhǎng)度是l0 ,他將這根桿帶到以 0.5c 速度運(yùn)
5、動(dòng)的飛船上,坐在飛船上測(cè)量這根桿的長(zhǎng)度又是多少?應(yīng)該是l0 ,可以從公式l=l0求出。這個(gè)結(jié)論對(duì)嗎?為什么?B3時(shí)間間隔的相對(duì)性(此部分內(nèi)容請(qǐng)重點(diǎn)看課本101頁(yè))根據(jù)公式,通過(guò)一定的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得出:t=式中是與滴管相對(duì)靜止的觀察者測(cè)得的兩次滴下墨水的時(shí)間間隔,習(xí)慣上用希臘字母表示。于是上式寫(xiě)成t=從上式可以發(fā)現(xiàn)哪一位觀察者感覺(jué)時(shí)間長(zhǎng)?上式具有普遍意義。下面請(qǐng)大家計(jì)算一個(gè)問(wèn)題。B 一對(duì)孿生兄弟,出生后甲乘高速飛船去旅行,測(cè)量出自己飛行 30 年回到地面上,乙在地面上生活,問(wèn)甲回來(lái)時(shí)30 歲,乙這時(shí)是多少歲?(已知飛船速度v=c )A4時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證(1) 1941 年美國(guó)科學(xué)家和研究了在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中 子的數(shù)量,結(jié)果與相對(duì)論的預(yù)言完全一致。( 2)宏觀的證據(jù)是年的銫原子鐘的環(huán)球飛行,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論符合得很好。A5相對(duì)論的時(shí)空觀( 1)經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間和空間是而存在的,是的,時(shí)間與空間之間聯(lián)系。相對(duì)論則認(rèn)為時(shí)間與空間之間與有關(guān),是的。( 2)相對(duì)論更具有性,經(jīng)典物理學(xué)可作為相對(duì)論在時(shí)的特例,但它在自己的適用范圍內(nèi)還將繼續(xù)發(fā)揮作用。反思小結(jié):5、2時(shí)間和空間的相對(duì)性檢測(cè)卡一、“同時(shí)”的相對(duì)性、對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車(chē)上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件,對(duì)于就不是同時(shí)的2、地面上
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