高中物理第十五章相對(duì)論簡(jiǎn)介15.2時(shí)間和空間的相對(duì)性課件新人教版

2.時(shí)間和空間的相對(duì)性1.知道同時(shí)的相對(duì)性、長(zhǎng)度的相對(duì)性、時(shí)間間隔的相對(duì)性。2.了解時(shí)空相對(duì)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。3.知道狹義相對(duì)論的時(shí)空觀:空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。123451.“同時(shí)”的相對(duì)性(1)經(jīng)典的時(shí)空觀:在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件,在另一慣性系中觀察也是同時(shí)的。(2)相對(duì)論的時(shí)空觀:“同時(shí)”具有相對(duì)性,即在同一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件,在另一慣性系中觀察不是同時(shí)的。123452.“長(zhǎng)度”的相對(duì)性(1)經(jīng)典的時(shí)空觀:一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^察者是否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同。(2)相對(duì)論的時(shí)空觀:“長(zhǎng)度”也具有相對(duì)性,一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿,其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度要小。在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上,桿的長(zhǎng)度沒(méi)有變化。123453.時(shí)間間隔的相對(duì)性(1)經(jīng)典的時(shí)空觀:某兩個(gè)事件,在不同的慣性系中觀察,它們的時(shí)間間隔總是相同的。(2)相對(duì)論的時(shí)空觀:某兩個(gè)事件,在不同的慣性參考系中觀察,它們的時(shí)間間隔是不同的,慣性系的速度越大,慣性系中的物理過(guò)程進(jìn)行得越慢。非但如此,慣性系中的一切物理過(guò)程都變慢了。123454.時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證根據(jù)相對(duì)論,時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行得比較緩慢,也就是說(shuō),在空間中高速移動(dòng)的時(shí)鐘,比固定于地面上的時(shí)鐘走得慢。早在1941年,科學(xué)家通過(guò)對(duì)宇宙線的觀測(cè)證實(shí)了相對(duì)論的結(jié)論,美國(guó)科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中μ子的數(shù)量,結(jié)果與相對(duì)論預(yù)言完全一致。123455.相對(duì)論的時(shí)空觀牛頓物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀:物理學(xué)的空間與時(shí)間是絕對(duì)的、分離的、沒(méi)有聯(lián)系的,脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在,與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。而相對(duì)論認(rèn)為:有物質(zhì)才有時(shí)間和空間,空間和時(shí)間與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。人類(lèi)對(duì)于空間、時(shí)間的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)而形成的新的時(shí)空觀,是建立在新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀念不一致的矛盾基礎(chǔ)上,不斷發(fā)展、不斷完善起來(lái)的。一二三一二三一二三二、“動(dòng)鐘變慢”公式的推導(dǎo)兩個(gè)完全相同的時(shí)鐘,對(duì)好指針,一個(gè)放在靜止的參考系中,一個(gè)放在運(yùn)動(dòng)的參考系中,運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘走得比靜止的要慢。一個(gè)物理事件發(fā)生在運(yùn)動(dòng)慣性系中,運(yùn)動(dòng)系中的觀察者測(cè)量的時(shí)間是Δt',靜止的參考系中測(cè)量的時(shí)間是Δt,結(jié)果是Δt>Δt'。一二三一二三一二三三、經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的主要區(qū)別1.實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)不同。我們根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn),通過(guò)對(duì)周?chē)澜绲挠^察最容易接受的是經(jīng)典時(shí)空觀(又叫絕對(duì)時(shí)空觀),因?yàn)榻?jīng)典時(shí)空觀是以v?c的低速運(yùn)動(dòng)下的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立的,而相對(duì)論時(shí)空觀建立在光速不變的基礎(chǔ)上,在高速運(yùn)動(dòng)的情形中,相對(duì)論效應(yīng)才會(huì)明顯,由于缺少高速運(yùn)動(dòng)中的生活經(jīng)驗(yàn),初學(xué)者難以接受。一二三2.對(duì)時(shí)間、空間與物質(zhì)的聯(lián)系性認(rèn)識(shí)不同。(1)經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間均勻流逝,與物質(zhì)無(wú)關(guān);空間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所,空間本身不受物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響;同時(shí)空間與時(shí)間也是沒(méi)有聯(lián)系的?？傊痪湓?時(shí)間、空間都是絕對(duì)的,不同參考系中觀察同一物理過(guò)程時(shí)間是相同的,觀察同一物體長(zhǎng)度是相同的。(2)相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為物理過(guò)程的快慢與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度也跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。換句話說(shuō),不同參考系中觀察同一物理過(guò)程時(shí)間可能不同,觀察同一物體長(zhǎng)度可能不同。空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),同時(shí),時(shí)間和空間也是有聯(lián)系的。一二三3.經(jīng)典時(shí)空觀的價(jià)值。經(jīng)典時(shí)空觀建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,它的結(jié)論又受到無(wú)數(shù)次實(shí)踐的檢驗(yàn)。雖然相對(duì)論時(shí)空觀更具有普遍性,但是經(jīng)典時(shí)空觀在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)所得出的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)符合得很好,由于宏觀物體的速度不可能接近光速。所以經(jīng)典時(shí)空觀仍有存在的價(jià)值。類(lèi)型一類(lèi)型二長(zhǎng)度的相對(duì)性

【例1】

長(zhǎng)度測(cè)量與被測(cè)物體相對(duì)于觀察者的運(yùn)動(dòng)有關(guān),物體在運(yùn)動(dòng)方向上長(zhǎng)度縮短了。一艘宇宙飛船的船身長(zhǎng)度為l0=90m,相對(duì)地面以v=0.8c的速度從一觀測(cè)站的上空飛過(guò)。(1)觀測(cè)站測(cè)得飛船的船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少?(2)宇航員測(cè)得船身通過(guò)觀測(cè)站的時(shí)間間隔是多少?類(lèi)型一類(lèi)型二答案：(1)2.25×10-7s

(2)3.75×10-7s題后反思在和被測(cè)物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀察者看來(lái),物體沿運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度變短了。

類(lèi)型一類(lèi)型二時(shí)間的相對(duì)性

【例2】

半人馬座α星是離太陽(yáng)系最近的恒星,它距地球4.0×1016m。設(shè)有一宇宙飛船自地球往返于半人馬座α星之間。若宇宙飛船的速度為0.999c,按地球上的時(shí)鐘計(jì)算