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夏回族自治区银川市六盘山高级中学高中物理(选修3-4)第十五章相对论简介第2节时间和空间的相对性_图文


15.2 时间和空间的 相对性

在经典物理家的头脑中,如果两个事件在一个
参考系中看来是同时的,在另一个参考系中看来也 一定是同时的,但是如果接受爱因斯坦的两个假设, 我们会得出“同时是相对的”这样一个结论.

一、“同时”的相对性
车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到 达前后车厢的先后是不一样的.
车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁

课本P108 思考与讨论
结论: 1、对于运动的火车上同时发生的两个事件, 对于地面就不是同时的
关键:在各个参考系中光速都为c 2、地面上同时发生的两个事件,对于运动 的火车也不是同时的
关键:相对运动

二、长度的相对性

l0

v

l

车上的人看到的车厢的长度: 车外的人看到的车厢的长度:

l0
l

l ? l0

1

?

??

v

2
? ?

?c?

动尺变短(空间收缩效应)

SY
O

Y′ S′ u ?

A? l ? B?

O′ x●

X X′

1

注意:
长度缩短效应只发生在相对运动的方向上
如上例中的 X 轴方向上,在Y 轴方向上无 长度缩短效应

结论
一条沿自身长度方向运动的杆,
其长度总比杆静止时的长度小
斐克小伙剑术精, 出刺迅捷如流星, 由于空间收缩性, 长剑变成小铁钉.

三、时间间隔的相对性
在站台上看运 动火车上的钟
在火车上看运 动站台上的钟

由光速不变原理便 得到不同的时间间隔
高速运行的列车上,由车厢底部发出的闪光,对 于车上的人来说,闪光是在竖直方向反射的,而车 厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的.

h

对于车厢内的人:

?t0

?

2h c

对于车厢外的人: ?t ?

4h2 c2 ? v2

?t ? ?t0 1 ? ?? v ?? 2 ?c?

相对速度与动钟延缓效应 (τ =1s)

? V(米/秒) ? 0.1c=3×107 ? 0.5c ? 0.8c ? 0.9c ? 0.99c ? 0.999c ? 0.9998c

? T(秒) ? 1.01 ? 1.15 ? 1.67 ? 2.29 ? 7.1 ? 22.4 ? 50

四、时空相对性的实验验证
根据相对论,时间 在运动中会进行的比 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.
1971年,科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞 行,然后与地面的基准钟对照.实验结果与理论预言符 合的很好.这是相对论的第一次宏观验证.

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,美国科学家罗 西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中μ 子 的数量,结果与相对论预言完全一致.

?t ? ?t0 1 ? ?? v ?? 2 ?c?

l ? l0

1? ?? v ??2 ?c?

当两个参考系的相对 速度可与光速相比时, 时间与空间的相对性 才比较明显.

狭义相对论的结论已经完全得到证实,实际 上它已经成为微观粒子研究的基础之一.

五、相对论的时空观
牛顿物理学的绝对时空观:空间与时间是 绝对分离没有联系的,与物质的运动无关。 或者说与参考系的选取无关。
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。或者说 与参考系的选取有关。
人类对于空间、时间更进一步的认识而形 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。

小结

一、“同时”是相对的

二、长度的相对性

l ? l0

1

?

??

v

2
? ?

?c?

三、时间间隔的相对性 ? t ? ? t0 1 ? ?? v ?? 2 ?c?



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