第二节 时间和空间的相对性(新)

复习1.伽利略相对性原理是什么？力学规律在任何惯性系中都是相同的2.狭义相对论的两个基本假设是什么？⑴狭义相对性原理：在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的⑵光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。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。这到底是怎么回事？一、“同时”的相对性车厢里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否一样？链接链接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c2.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：相对运动一、“同时”的相对性二、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。由光速不变原理便得到不同的时间间隔二、时间间隔的相对性对于车厢内的人：对于车厢外的人：cht202224vchth201cvtt二、时间间隔的相对性通过前面的讨论我们看到在不同参考系中，时间间隔是相对的。三、长度的相对性三、长度的相对性高速运动的火车如图，小车以高速v运行，其左侧有一个激光源，右侧是反射镜。光脉冲由S发出，被反射镜M反射后又回到S。现在从车厢参考系和地面参考系两种观点去分析此现象。在车厢参考系上，测得的车厢长度记为L0，光脉冲在两侧车厢板之间往返一次所需时间Δt0=?Δt0=2t0=2L0c可得:三、长度的相对性MSvLvΔt1cΔt1MSvLvΔt2cΔt2在地面参考系上，光脉冲在两侧车厢板之间往返一次所需时间Δt=?在地面参考系上，测得车厢长度记为L，由光速不变原理，地面上看到光脉冲的速度仍然为c。由于车厢在运动，所以光脉冲在车厢两侧之间往返一次所用的时间Δt可以分成两部分之和：Δt=Δt1+Δt2，Δt1为光脉冲由S→M所用时间；Δt2为光脉冲由M→S所用时间，如图所示。由几何关系可得：L+vΔt1=cΔt1LvΔt2=cΔt2Δt2=Δt1=L/(c-v)L/(c+v)三、长度的相对性MSvLvΔt1cΔt1MSvLvΔt2cΔt2在地面参考系上，光脉冲在两侧车厢板之间往返一次所需时间Δt=?201cvLLΔt2=L/(c+v)Δt1=L/(c-v)Δt=Δt1+Δt2=2Lcc2-v2Δt0=2t0=2L0c201cvtt三、长度的相对性v车上的人看到的车厢的长度：车外的人看到的车厢的长度：0ll0ll201cvll小结：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。动尺变短（空间收缩效应）一条沿自身长度方向运动的杆，其总长度比静止时的长度小三、长度的相对性四、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。四、时空相对性的实验验证牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。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。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。五、相对论的时空观小结一、“同时”是相对的三、时间间隔的相对性二、长度的相对性201cvtt201cvll今日作业：1、阅读教材，把教材后的练习做在书上。2、研读《成材之路》本节内容。3、完成《成材之路》课后强化作业(二十五)，明天早上交。再见思考：•对于地面上的人认为Ａ、Ｂ两个事件同时发生，对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线飞行的人来说，哪个事件先发生？ＡＢ