1、第十五章 相对论简介第二节时间和空间的相对性人民教育出版社 高二|选修3-4 人民教育出版社 高二|选修3-4 学习目标：1.了解同时的相对性。2.知道运动长度的收缩。3.了解时间间隔的相对性及时空相对性的验证。4.了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别。人民教育出版社 高二|选修3-4 复习回顾：请同学们回忆一下狭义相对论的两个基本假设答：（1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都相同。人民教育出版社 高二|选修3-4 一、“同时”的相对性：1.经典的时空观经典的时空观：同时是绝对的，即如果两个事件在一个参考
2、系中被认为是同时的，在另一个参考系中一定也被认为是同时的。2.相对论的时空观相对论的时空观：同时是相对的，即在一个惯性系中“同时”发生的两个事件，在另一个惯性系中可能是不同时的。人民教育出版社 高二|选修3-4 书中例子：一列火车匀速行驶，车厢中央的光源发出了一个闪光，照到了车的前壁和后壁，车上车下两个观察者的想法不同。车山观察者认为闪光同时到达前后壁，而车下观察者认为车在向前走，两个事件不同时。思考与讨论：同学们自己分析一下课本上的思考与讨论，记住它的结论。人民教育出版社 高二|选修3-4 现象分析：车上车下两个观察者推理的根据相同，都是狭义相对论的两个假设：他们都认为在自己的参考系中闪光向
3、前、向后传播的速度是一样的；他们都认为“时间等于距离比速度”这是正确的，他们谁都没有错。接受了爱因斯坦的两个假设，我们自然会得出“同时是相对的”。由于火车的速度远小于光速，在短暂的时间内，火车前进的距离小，所以地面观察者不会发现闪光到达前后壁的时间差。人民教育出版社 高二|选修3-4 二、长度的相对性：（1）经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否相对杆运动而不同。（2）相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止的长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化。人民教育出版社 高二|选修3-4 人民教育出版社 高二|选修3-4 结论：一条沿自身长度
4、方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。生活中实例：沿铁路电线杆的距离变短了，面对铁路的正方形布告牌由于宽度变小而高度未变竟成了窄而高的矩形。相向行走的两人，一个说小桥在左，一个说在右。人民教育出版社 高二|选修3-4 三、时间间隔的相对性：（1）经典的时空观：两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总相同。（2）相对论的时空观：两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系相对于观察者的速度越大，惯性系中的时间进程进行得越慢。非但如此，惯性系中的一切物理、化学和生命过程都变慢了。人民教育出版社 高二|选修3-4 人民教育出版社 高二|选修3-4 四、相对论时空相对性
5、的验证：时空相对性的最早证据跟宇宙射线的观测有关。如子，寿命为3.0s。宇宙射线中的子速度约为0.99c，子生成的高度在100 km以上，虽然它只能飞行约890 m，但实际上，地面观测到的宇宙射线中有许多子，对此现象解释如下：从地面观察者来看，子在以接近光速的速度运动，它的寿命比与子静止的参考系中的3.0s要长得多，在这样长的时间内，许多子可以飞到地面。人民教育出版社 高二|选修3-4 从与子一起运动的观察者来看，子寿命仍是3.0s，但大地正向他扑面而来，因此大气层的厚度不是100 km，而是比100 km薄得多，许多子在衰变为其他粒子前可以飞过这样的距离。人民教育出版社 高二|选修3-4 五
6、、相对论的时空观：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。人民教育出版社 高二|选修3-4 课堂练习：例1：A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过，且vAvB，对于在飞机上的人的观察结果，下列说法正确的是()AA飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大BA飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小C两飞机上的人观察到足球场的长度相同D两飞机上的人观察到足球场的宽度相同BD人民教育出版社 高二|选修3-4
