时间、长度的相对性

时间、长度的相对性武胜中学吴建兵1.惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。2.伽利略相对性原理对于所有的惯性系，力学规律都是相同的。3.经典时空观（绝对时空观）时间均匀向后，空间静止不动。时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。复习：①相对性原理：对于不同的惯性系，物理规律（包括力学和电磁学）都是一样的。②光速不变原理：光速与惯性系的选择无关。1、经典力学的几个基本结论①“同时”的绝对性②时间间隔的绝对性③空间距离的绝对性④质量不随速度而变化2、相对论时空观①“同时”的相对性②运动时间变慢③运动尺子的缩短④运动质量的变大概述：两种时空观得出的重要结论：一、同时的相对性相隔一定距离发生的两件事，在一个参考系中观测是同时发生的，在相对于此参考系运动的另一个参考系中观测就可能不是同时，而是一前一后发生的。假设一列火车在平直的轨道上以速度u行驶、高速开过站台，在车厢的正中有一闪光灯。现使该灯发出一个闪光。闪光照到前、后壁，是两件事。小明在车上观测，小芳在站台上观测。他们认为这两个事件是同时发生的吗？闪光是同时到达前、后壁的吗？u小明：（以车厢为参考系）车子是静止的，光速是不变的，光同时向A和B前进，到达前、后两壁，用时相同。即闪光同时到达前、后壁。小芳：（以站台为参考系）车子是运动的，光速是不变的，光同时向A和B前进，先到达A，后到达B，用时不相同。即闪光不是同时到达前、后壁。u在一个参考系中是同时发生的两件事，在相对于此参考系运动的另一个参考系中观测不是同时发生，这就是“同时”的相对性。u车厢相对于站台的速率越大，相隔的时间就越长，在大到一定值时，这个差值就大得不能忽略。一、同时的相对性二、运动时钟的变慢二、运动时钟的变慢MAv对于车厢内的人：对于车厢外的人：cht22224vcht21cvttvMvMBvMAcΔt2vΔt2hhvΔt2cΔt221cvtt时间延缓效应并不是说由于相对运动而使钟发生了结构性变化，是由于不同观测者进行量度时引起的一种观测效应。这种效应是相对的。对于同一参考系，v=0，就不存在这种效应了。当v接近光速时，这种偏差是非常大的。3:003:003:004:004:003:40时钟相对于观察者静止时走得快，相对于观察者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快，效果越明显，即运动着的时钟要变慢。二、运动时钟的变慢【答案】C时钟走得最慢，A走得最快。【例题】A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行，vBvC，地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？【例题】以8km/s的速度运行的人造卫星上一只完好的手表走过了1mim，地面上的人认为它走过这1mim“实际”上花了多少时间？【答案】10223811361081011310t't.minvc三、长度的相对性还是在以速度u前进的车厢中，现在要测量如图CD两点间的距离，小明用一根尺子如图放置，记下两点坐标x1和x2，则L0=x1-x2，可以求得。L0是CD两点的静长。可是小芳测量就不一样了。L0uCD的距离是多少呢？三、长度的相对性L0uCD的距离是多少呢？对小芳来说：先记下X1，后记下X2时，车子已经向前走了一段，她测得的L0比小明的长；同理，若先记下X2，后记下X1，测得的L0比小明的短。总之，选择的惯性参考系不同，测得的长度不等，长度具有相对性。小芳以站台作参考系一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大。相对于观察者运动时，观察者在运动方向上观测，它的长度缩短，速度越快，缩得越短。即运动的尺子要缩短。三、长度的相对性v0v例题π+介子是一种不稳定的粒子，产生后很快转化成别的粒子了，它的平均寿命是，当它以0.99C的速率在实验室中运动时，平均来说它“一生”中能跑多远？s8106.2时空相对性的实验验证1966年用μ子作了一个类似于双生子旅游的实验，让μ子沿一直径为14米的圆环运动再回到出发点，实验结果表明运动的μ子的确比静止的μ子寿命更长。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。经典时空观相对论时空观主要结论同时的绝对性同时的相对性时间间隔的绝对性运动的时钟变慢空间距离的绝对性运动的尺子变短质量不变质量随速度的增大而增大主要内容时间和空间彼此独立,互不关联，且不受物质或运动的影响。时间和空间相互关联，质量随物体的运动状态的改变而改变。注意：速度要接近光速时，相对论效应才会明显。