1、物理学家费尔德曾指出：物理学家费尔德曾指出： 当你领悟一个出色的公式时，你会得到当你领悟一个出色的公式时，你会得到 如同听巴哈的乐曲一样的感受。如同听巴哈的乐曲一样的感受。 判天地之美，析万物之理 3时间、长度的相对性 世界物理年徽标 活动一同时的相对性 问题1 车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现 有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0分别 向前后匀速运动，（相对于车厢），问（1）在车厢内的观 察者看来，小球是否同时到达两壁？（2）在地上的观察者 看来两球是否同时到达两壁？ 活动一同时的相对性 问题2 如果把上述事件换成两列光的传播，情况如何呢？ 问题3 那么为什么
2、我们平时不能观察这种现象呢？ 活动一同时的相对性 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 在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中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，我们会得出是如果接受爱因斯坦的两个假设，我们会得出“同时是相对同时是相对 的的”这样一个结论这样一个结论 活动一同时的相对性 1.对于运动的火车上同时发生的两个事
3、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 活动二运动时钟的变慢 问题1 这是一列高速火车上发生的两个事件：假定车箱安装着一个墨 水罐，它每隔一定时间漏出一滴墨水。墨水在、两个时刻在地 上形成P、Q两个墨点，设车上的观察者测得两事件间隔t时 间，地面上的观察者测得两事件间隔t时间，车厢匀速前进速 度为v。这两个时间间隔之间的关系是什么？ 活动二运动时钟的变慢 车车上观观察者认为认为 两个事件的时间间时间间 隔： 地面观观察者认为认为 两个事件的时间间时间间 隔： 根据公式 通过过一定的数学推导导可以
4、得出：t= 问题2 从上式可以发现哪一位观察者感觉时间长？ 问题3 一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞 行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙 这时是多少岁？（已知飞船速度v=c） 在不同参考系中，时间间隔是相对的 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
5、罗西和霍尔在不同高 度统计了宇宙线中子的 数量，结果与相对论预言 完全一致 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 活动三长度的相对性 问题1 甲图中是一个刻度尺测出的静止的杆的长度，大家看是多少？ 问题2 乙图中尺仍然静止，杆水平向右匀速运动，我们应该怎么算杆 长？ 问题3 请大家看下图，地面上的人看到杆的M、N两端发出的光同时 到达他的眼睛，他读出N、M的坐标之差为l，即地上的观察者 测到的杆长。请大家考虑车上的观察者是同时看到N、M两端 的闪光吗？ 严严格的数学推导导告诉诉我们们
6、l和l之间间有如下关系： 问题4 一个杆，当它沿自身方向相对于测量者运动时，测量 者的测量结果如何？ 问题5若杆沿着垂直自身方向相对测量者运动呢？ 问题6 如果一个人在地上量好一根静止杆的长度是l，他将这根杆带 到以0.5c速度运动的飞船上，坐在飞船上测量这根杆的长度 又是多少？ 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. 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。 活动四相对论的时空观
