1、判天地之美，析万物之理判天地之美，析万物之理3 3时间、长度的相对性世界物理年徽标世界物理年徽标活动一同时的相对性同时的相对性问题问题1车厢长为车厢长为L，正以速度，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现匀速向右运动，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有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0分别分别向前后匀速运动，（相对于车厢），问（向前后匀速运动，（相对于车厢），问（1）在车厢内的）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁？（观察者看来，小球是否同时到达两壁？（2）在地上的观）在地上的观察者看来两球是否同时到达两壁？察者看来两球是否同时到达两壁？活动一同
2、时的相对性同时的相对性问题问题2如果把上述事件换成两列光的传播，情况如何呢？如果把上述事件换成两列光的传播，情况如何呢？ 问题问题3那么为什么我们平时不能观察这种现象呢？那么为什么我们平时不能观察这种现象呢？ 活动一同时的相对性同时的相对性 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厢的先后是不一样的 车上车上的观察者认为光的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁同时到达车厢的前后两壁 站台上站台上的观察者认为光的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁先到车厢后壁后到前壁活动一同时的相对性同时的相对性1.1.对于运动的火车上同时发生
3、的两个事件，对于地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。面就不是同时的。关键：在各个参考系中光速都为关键：在各个参考系中光速都为c c 2.2.地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也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。不是同时的。关键：相对运动关键：相对运动活动二运动时钟的变慢运动时钟的变慢问题问题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在地上形成P、Q两个墨点，设车上的观察
4、者测得两事件间隔两个墨点，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时间，地面上的观察者测得两事件间隔t时间，车厢匀速时间，车厢匀速前进速度为前进速度为v。这两个时间间隔之间的关系是什么？。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运动时钟的变慢12ttt车上观察者认为两个事件的时间间隔：车上观察者认为两个事件的时间间隔：12ttt地面观察者认为两个事件的时间间隔：地面观察者认为两个事件的时间间隔：20)(1cvll根据公式根据公式2)(1cvt通过一定的数学推导可以得出：通过一定的数学推导可以得出：t= =问题问题2从上式可以发现哪一位观察者感觉时间长？从上式
5、可以发现哪一位观察者感觉时间长？ 问题问题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，测量出自己飞行行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速度这时是多少岁？（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时空相对性的实验验证 根据相对论，时间在根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地移动的时钟，比固定于地面上
6、的时钟走得慢面上的时钟走得慢 19711971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞年，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很好这是相对论的第一次宏观验证 早在早在19411941年，科学家年，科学家通过对宇宙线的观测证实通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论，美国科了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不同高学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中度统计了宇宙线中子的子的数量，结果与相对论预言数量，结果与相对论预言完全一致完全一致201cvtt201cvll
7、当两个参考系的相对当两个参考系的相对速度可与光速相比时，时速度可与光速相比时，时间与空间的相对性才比较间与空间的相对性才比较明显明显 狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际上它已经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成为微观粒子研究的基础之一活动三长度的相对性长度的相对性问题问题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？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？长？ 问题问题3请大家看下图，地面上的人看到杆的请
8、大家看下图，地面上的人看到杆的M、N两端发出的光同时两端发出的光同时到达他的眼睛，他读出到达他的眼睛，他读出N、M的坐标之差为的坐标之差为l，即地上的观察者，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两端两端的闪光吗？的闪光吗？严格的数学推导告诉我们严格的数学推导告诉我们l和和l之间有如下关系：之间有如下关系：20)(1cvll问题问题4一个杆，当它沿自身方向相对于测量者运动时，测一个杆，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？量者的测量结果如何？问题问题5若杆沿着垂直自身方向相对测量者运动呢？若杆沿着垂直自身方
9、向相对测量者运动呢？ 问题问题6如果一个人在地上量好一根静止杆的长度是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，他将这根杆带到以到以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？又是多少？ 结论：一条结论：一条沿自身长度方向运动沿自身长度方向运动的杆，其长度的杆，其长度总比杆静止时的长度小。总比杆静止时的长度小。斐克小伙剑术精，斐克小伙剑术精，出刺迅捷如流星，出刺迅捷如流星，由于空间收缩性，由于空间收缩性，长剑变成小铁钉长剑变成小铁钉. . 牛顿牛顿物理学的物理学的绝对时空观绝对时空观：物理学的：物理学的空间与时间空间与
10、时间是绝对是绝对分离分离没有联系没有联系的，脱离物质而单独存在，的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关与物质的运动无关。 而相对论认为：有物质才有时间和空间，而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与空间和时间与物体的运动状态有关。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。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相对论的时空观有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。一个人的价值在于他的才华，而不在他的衣饰。一个人的价值在于他的才华，而不在他的衣饰。生活就像海洋，只有意志坚强的人，才能到达彼岸。生活就像海洋，只有意志坚强的人，才能到达彼岸。读一切好的书，就是和许多高尚的人说话。读一切好的书，就是和许多高尚的人说话。最聪明的人是最不愿浪费时间的人。最聪明的人是最不愿浪费时间的人。
