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【课堂新坐标】201704高中物理教科版选修3-4课件:第6章 3 时间、长度的相对性_图文

知 识 点 一 3.时间、长度的相对性 知 识 点 二 学 业 分 层 测 评 学 习 目 标 1.理解同时的相对性.(难点) 2.知道时间间隔的相对性和长度的相 对性.(重点、难点) 3.知道时间和空间不是脱离物质而单 独存在. 知 识 脉 络 同 时 的 相 对 性 和 运 动 时 钟 的 变 慢 [先填空] 1.“同时”的相对性 (1)绝对时空观 在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另一个惯性系中观察 也是同时的,即时间是绝对的. (2)相对论的时空观 “同时”具有相对性,即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件, 在另一个惯性系中观察可能是不同时的. 2.运动时钟的变慢 (1)绝对时空观 某两个事件,在不同的惯性系中观察,它们的时间间隔总是相同的. (2)相对论的时空观 某两个事件,在不同的惯性参考系中观察,它们的时间间隔是不同的,惯 性系速度越大,惯性系中的时间进行得 越慢. (3)相对论的时间变换公式 设 τ 表示静止的惯性系中观测的时间间隔, τ0 表示以 u 运动的参考系中观察 同样两事件的时间间隔,则它们的关系是:τ= u2 1-c2 τ0 . [再判断] 1.根据相对论的时空观,“同时”具有相对性.(√) 2.高速飞行的火箭中的时钟要变慢.(√) 3.在高速世界中,运动的时钟会变慢,而在低速世界中这种效应可以忽 略.(√) [后思考] 1.以任何速度运动,时间延缓效应都很显著吗? 【提示】 不是.当 u→c 时,时间延缓效应显著;当 u?c 时,时间延缓效 应可忽略. 2.为什么在日常生活中我们觉察不到参考系中同时的相对性呢?在什么情 况下,相对论效应比较明显? 【提示】 在平时生活中,物体运动的速度都非常小,与光速 c 相比均可忽 略,因此我们觉察不到同时的相对性,相对论的所有效应都不明显,但在参考 系速度接近光速(一般都需 0.9c 以上)时,相对论效应就明显表现出来了. 1.同时的相对性 (1)经典物理学认为 如果两个事件在一个参考系中是同时发生的,那么在另一个参考系中观察 也一定是同时发生的.即同时是绝对的,与所在的惯性参考系无关. (2)狭义相对论的时空观认为 同时是相对的,即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另一 个惯性系中不一定是同时的. (3)对“同时”相对性的理解 如图 631 所示,某列车车厢的中央发出一个闪光,经过某段时间到达前后 两壁(事件 A 和 B), 设车厢长度为 2L.地面上有一观察者以速度 v 自左向右运动. 图 631 L 对车内的观察者来说:光到达前、后两壁的时间 tA=tB= c ,即事件 A 和 B 同时发生. 对地面观察者来说:光相对观察者的速度大小仍然为光速 c,所以向左传播 L 的光相对地面的速度为 c+v,向右传播的光相对地面的速度为 c-v.tA= , c+v L t B= ,t <t ,事件 A 先发生.所以在静止的观察者看来是同时发生的两个 c-v A B 事件,在运动的观察者看来不再同时,沿着运动方向位置靠前的事件 A 先发生, 沿着运动方向位置靠后的事件 B 后发生. 2.运动时钟变慢(时间延缓) 某两个事件在不同的惯性参考系中观察,它们的时间间隔不一样. 设与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为 τ0, 与事件 发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为 τ,则 τ= τ0 u2 1-?c ? . 对时间延缓效应的理解: (1)时间延缓效应的来源是光速不变原理. (2) 时间延缓效应是时空的一种属性.在运动参考系中的时间节奏变缓慢 了.(一切物理过程、化学过程、乃至观察者自己的生命节奏变慢了) (3)固有时间:在某个参考系中,同一地点先后发生了两个事件,用固定在 该参考系中的钟来测定两事件的时间间隔称为两事件的静止时间或固有时间, 也称原时. (4)日常生活中的时间延缓效应可以忽略,在运动速度接近光速时,则变得 特别重要. 1.在一惯性系中观测,有两个事件同时不同地,则在其他惯性系中观察, 结果不正确的是( A.一定同时 B.可能同时 C.不可能同时,但可能同地 D.不可能同时,也不可能同地 E.可能不同时 ) 【答案】 ACD 2.一飞船以 u=9×103 m/s 的速率相对于地面飞行,飞船上的钟走了 5 s, 用地面上的钟测量,经过了多长时间? 【解析】 此问题就是在不同参考系中测量时间的问题. u=9×103 m/s,Δt′=5 s, 由时间延缓效应,得 Δt= Δt′ u2 1-c2 ≈5.000 000 002 s. 【答案】 5.000 000 002 s 应用相对论“效应”解题的一般步骤 1.应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度. 2.明确求解的问题,即明确求解的是静止参考系中的观察结果,还是运动 参考系中的观察结果. 3.应用“时间延缓效应公式”进行计算. 长 度 的 相 对 性 [先填空] 1.长度的相对性 (1)绝对时空观 一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同,即空间也是 绝对的. (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,杆的长度不变. (3)相对论的长度变换公式 设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为 l0, 与杆有相对运动的人认为杆的 长度为 l,杆相对于观察者的速率为 u,则 l,l0,v 的关系是:l=l0 u2 1- c 2 . 2.相对论的时空观 时间和空间不能脱离物质和物质的运动状态.时间变慢,空间的长度会变 短,这都与物质的运动速度有关. [再判断] 1.相对论时空观认为,运动的杆比静止的杆长度大.(×) 2.相对论时空观认为,“长度”也具有相对性.(√) 3.当物体运动的速度接近光速 c 时,“时间膨胀”和“长度收缩”效应才 明显.(√)

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