第6章 3 時(shí)間、長(zhǎng)度的相對(duì)性

1、.3時(shí)間、長(zhǎng)度的相對(duì)性學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解同時(shí)的相對(duì)性難點(diǎn)2.知道時(shí)間間隔的相對(duì)性和長(zhǎng)度的相對(duì)性重點(diǎn)、難點(diǎn)3.知道時(shí)間和空間不是脫離物質(zhì)而單獨(dú)存在.同 時(shí) 的 相 對(duì) 性 和 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 鐘 的 變 慢 1“同時(shí)的相對(duì)性1絕對(duì)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，在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的，即時(shí)間是絕對(duì)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，在另一個(gè)慣性系中觀察可能是不同時(shí)的2運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘的變慢1絕對(duì)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)間間隔總是一樣的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)

2、間間隔是不同的，慣性系速度越大，慣性系中的時(shí)間進(jìn)展得越慢3相對(duì)論的時(shí)間變換公式設(shè)表示靜止的慣性系中觀測(cè)的時(shí)間間隔，0表示以u(píng)運(yùn)動(dòng)的參考系中觀察同樣兩事件的時(shí)間間隔，那么它們的關(guān)系是：.1根據(jù)相對(duì)論的時(shí)空觀，“同時(shí)具有相對(duì)性2高速飛行的火箭中的時(shí)鐘要變慢3在高速世界中，運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘會(huì)變慢，而在低速世界中這種效應(yīng)可以忽略1以任何速度運(yùn)動(dòng)，時(shí)間延緩效應(yīng)都很顯著嗎？【提示】不是當(dāng)uc時(shí)，時(shí)間延緩效應(yīng)顯著；當(dāng)uc時(shí)，時(shí)間延緩效應(yīng)可忽略2為什么在日常生活中我們覺(jué)察不到參考系中同時(shí)的相對(duì)性呢？在什么情況下，相對(duì)論效應(yīng)比較明顯？【提示】在平時(shí)生活中，物體運(yùn)動(dòng)的速度都非常小，與光速c相比均可忽略，因此我們覺(jué)察不到

3、同時(shí)的相對(duì)性，相對(duì)論的所有效應(yīng)都不明顯，但在參考系速度接近光速一般都需0.9c以上時(shí)，相對(duì)論效應(yīng)就明顯表現(xiàn)出來(lái)了1同時(shí)的相對(duì)性1經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為假如兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中是同時(shí)發(fā)生的，那么在另一個(gè)參考系中觀察也一定是同時(shí)發(fā)生的即同時(shí)是絕對(duì)的，與所在的慣性參考系無(wú)關(guān)2狹義相對(duì)論的時(shí)空觀認(rèn)為同時(shí)是相對(duì)的，即在一個(gè)慣性系中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中不一定是同時(shí)的3對(duì)“同時(shí)相對(duì)性的理解如圖6­3­1所示，某列車車廂的中央發(fā)出一個(gè)閃光，經(jīng)過(guò)某段時(shí)間到達(dá)前后兩壁事件A和B，設(shè)車廂長(zhǎng)度為2L.地面上有一觀察者以速度v自左向右運(yùn)動(dòng)圖6­3­1對(duì)車內(nèi)的觀察

4、者來(lái)說(shuō)：光到達(dá)前、后兩壁的時(shí)間tAtB，即事件A和B同時(shí)發(fā)生對(duì)地面觀察者來(lái)說(shuō)：光相對(duì)觀察者的速度大小仍然為光速c，所以向左傳播的光相對(duì)地面的速度為cv，向右傳播的光相對(duì)地面的速度為cv.tA，tB，tAtB，事件A先發(fā)生所以在靜止的觀察者看來(lái)是同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在運(yùn)動(dòng)的觀察者看來(lái)不再同時(shí)，沿著運(yùn)動(dòng)方向位置靠前的事件A先發(fā)生，沿著運(yùn)動(dòng)方向位置靠后的事件B后發(fā)生2運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢時(shí)間延緩某兩個(gè)事件在不同的慣性參考系中觀察，它們的時(shí)間間隔不一樣設(shè)與事件發(fā)生者相對(duì)靜止的觀察者測(cè)出兩事件發(fā)生的時(shí)間間隔為0，與事件發(fā)生者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀察者測(cè)得兩事件發(fā)生的時(shí)間間隔為，那么.對(duì)時(shí)間延緩效應(yīng)的理解：1時(shí)間延緩效應(yīng)的

5、來(lái)源是光速不變?cè)?時(shí)間延緩效應(yīng)是時(shí)空的一種屬性在運(yùn)動(dòng)參考系中的時(shí)間節(jié)奏變緩慢了一切物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程、乃至觀察者自己的生命節(jié)奏變慢了3固有時(shí)間：在某個(gè)參考系中，同一地點(diǎn)先后發(fā)生了兩個(gè)事件，用固定在該參考系中的鐘來(lái)測(cè)定兩事件的時(shí)間間隔稱為兩事件的靜止時(shí)間或固有時(shí)間，也稱原時(shí)4日常生活中的時(shí)間延緩效應(yīng)可以忽略，在運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，那么變得特別重要1在一慣性系中觀測(cè)，有兩個(gè)事件同時(shí)不同地，那么在其他慣性系中觀察，結(jié)果不正確的選項(xiàng)是A一定同時(shí)B可能同時(shí)C不可能同時(shí)，但可能同地D不可能同時(shí)，也不可能同地E可能不同時(shí)【答案】ACD2一飛船以u(píng)9×103 m/s的速率相對(duì)于地面飛行，飛船上的鐘

6、走了5 s，用地面上的鐘測(cè)量，經(jīng)過(guò)了多長(zhǎng)時(shí)間？【解析】此問(wèn)題就是在不同參考系中測(cè)量時(shí)間的問(wèn)題u9×103 m/s，t5 s，由時(shí)間延緩效應(yīng)，得t5.000 000 002 s.【答案】5.000 000 002 s應(yīng)用相對(duì)論“效應(yīng)解題的一般步驟1應(yīng)該通過(guò)審題確定研究對(duì)象及研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度2明確求解的問(wèn)題，即明確求解的是靜止參考系中的觀察結(jié)果，還是運(yùn)動(dòng)參考系中的觀察結(jié)果3應(yīng)用“時(shí)間延緩效應(yīng)公式進(jìn)展計(jì)算長(zhǎng) 度 的 相 對(duì) 性 1長(zhǎng)度的相對(duì)性1絕對(duì)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，即空間也是絕對(duì)的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)

7、度總比靜止的長(zhǎng)度小，但在垂直于桿的運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長(zhǎng)度不變3相對(duì)論的長(zhǎng)度變換公式設(shè)相對(duì)于桿靜止的觀察者認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l0，與桿有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿的長(zhǎng)度為l，桿相對(duì)于觀察者的速率為u，那么l，l0，v的關(guān)系是：ll0.2相對(duì)論的時(shí)空觀時(shí)間和空間不能脫離物質(zhì)和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)間變慢，空間的長(zhǎng)度會(huì)變短，這都與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)1相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)的桿比靜止的桿長(zhǎng)度大×2相對(duì)論時(shí)空觀認(rèn)為，“長(zhǎng)度也具有相對(duì)性3當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度接近光速c時(shí)，“時(shí)間膨脹和“長(zhǎng)度收縮效應(yīng)才明顯1尺子沿任何方向運(yùn)動(dòng)其長(zhǎng)度都縮短嗎？【提示】尺子沿其長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)縮短，在垂直于運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度不變2相對(duì)論的時(shí)間變換公式

8、和長(zhǎng)度變換公式，適用條件是什么？【提示】適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體1長(zhǎng)度的相對(duì)性長(zhǎng)度縮短的理解觀察者與被測(cè)物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)度的測(cè)量值等于其原長(zhǎng)的 倍，即物體沿運(yùn)動(dòng)方向縮短了，這就是洛倫茲收縮長(zhǎng)度縮短1觀察運(yùn)動(dòng)的物體其長(zhǎng)度要收縮，收縮只出如今運(yùn)動(dòng)方向固有長(zhǎng)度值最大如圖6­3­2所示圖6­3­22低速空間相對(duì)論效應(yīng)可忽略3長(zhǎng)度收縮是相對(duì)的，K系認(rèn)為靜止在K系中的尺收縮，反之，K系認(rèn)為靜止在K系中的尺收縮2時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證時(shí)空相對(duì)性的最早證據(jù)跟宇宙線的觀測(cè)有關(guān)如子，壽命為3.0 s宇宙線中的子速度約為0.99c，子生成的高度低至十幾千米、高至幾百千米，雖然它只能

9、飛行約890 m，但實(shí)際上，地面觀測(cè)到的宇宙線中有許多子，對(duì)此現(xiàn)象解釋如下：從地面觀察者來(lái)看，子在以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)，它的壽命比與子靜止的參考系中的3.0 s要長(zhǎng)得多，在這樣長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，許多子可以飛到地面從與子一起運(yùn)動(dòng)的觀察者來(lái)看，子壽命仍是3.0 s，但大地正向他撲面而來(lái)，因此大氣層的厚度比地面上的測(cè)量值小得多，許多子在衰變?yōu)槠渌Ｗ忧翱梢燥w過(guò)這樣的間隔 3某宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，假如希望把這路程縮短為3光年，那么他所乘飛船相對(duì)地球的速度為_【解析】由ll0得，35，解得v0.8c.【答案】0.8 c4地面上長(zhǎng)100 km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30 km/s的速度掠過(guò)，那么火箭上的人看到鐵路的長(zhǎng)度應(yīng)該為多少？假如火箭的速度到達(dá)0.6 c，那么火箭上的人看到的鐵路的長(zhǎng)度又是多少？【解析】當(dāng)火箭速度較低時(shí)，長(zhǎng)度根本不變，還是100 km.當(dāng)火箭的速度到達(dá)0.6c時(shí)，由相