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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
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