第6章 3 時間、長度的相對性

1、.3時間、長度的相對性學 習 目 標知 識 脈 絡1.理解同時的相對性難點2.知道時間間隔的相對性和長度的相對性重點、難點3.知道時間和空間不是脫離物質(zhì)而單獨存在.同 時 的 相 對 性 和 運 動 時 鐘 的 變 慢 1“同時的相對性1絕對時空觀在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察也是同時的，即時間是絕對的2相對論的時空觀“同時具有相對性，即在同一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中觀察可能是不同時的2運動時鐘的變慢1絕對時空觀某兩個事件，在不同的慣性系中觀察，它們的時間間隔總是一樣的2相對論的時空觀某兩個事件，在不同的慣性參考系中觀察，它們的時

2、間間隔是不同的，慣性系速度越大，慣性系中的時間進展得越慢3相對論的時間變換公式設表示靜止的慣性系中觀測的時間間隔，0表示以u運動的參考系中觀察同樣兩事件的時間間隔，那么它們的關系是：.1根據(jù)相對論的時空觀，“同時具有相對性2高速飛行的火箭中的時鐘要變慢3在高速世界中，運動的時鐘會變慢，而在低速世界中這種效應可以忽略1以任何速度運動，時間延緩效應都很顯著嗎？【提示】不是當uc時，時間延緩效應顯著；當uc時，時間延緩效應可忽略2為什么在日常生活中我們覺察不到參考系中同時的相對性呢？在什么情況下，相對論效應比較明顯？【提示】在平時生活中，物體運動的速度都非常小，與光速c相比均可忽略，因此我們覺察不到

3、同時的相對性，相對論的所有效應都不明顯，但在參考系速度接近光速一般都需0.9c以上時，相對論效應就明顯表現(xiàn)出來了1同時的相對性1經(jīng)典物理學認為假如兩個事件在一個參考系中是同時發(fā)生的，那么在另一個參考系中觀察也一定是同時發(fā)生的即同時是絕對的，與所在的慣性參考系無關2狹義相對論的時空觀認為同時是相對的，即在一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中不一定是同時的3對“同時相對性的理解如圖6­3­1所示，某列車車廂的中央發(fā)出一個閃光，經(jīng)過某段時間到達前后兩壁事件A和B，設車廂長度為2L.地面上有一觀察者以速度v自左向右運動圖6­3­1對車內(nèi)的觀察

4、者來說：光到達前、后兩壁的時間tAtB，即事件A和B同時發(fā)生對地面觀察者來說：光相對觀察者的速度大小仍然為光速c，所以向左傳播的光相對地面的速度為cv，向右傳播的光相對地面的速度為cv.tA，tB，tAtB，事件A先發(fā)生所以在靜止的觀察者看來是同時發(fā)生的兩個事件，在運動的觀察者看來不再同時，沿著運動方向位置靠前的事件A先發(fā)生，沿著運動方向位置靠后的事件B后發(fā)生2運動時鐘變慢時間延緩某兩個事件在不同的慣性參考系中觀察，它們的時間間隔不一樣設與事件發(fā)生者相對靜止的觀察者測出兩事件發(fā)生的時間間隔為0，與事件發(fā)生者相對運動的觀察者測得兩事件發(fā)生的時間間隔為，那么.對時間延緩效應的理解：1時間延緩效應的

5、來源是光速不變原理2時間延緩效應是時空的一種屬性在運動參考系中的時間節(jié)奏變緩慢了一切物理過程、化學過程、乃至觀察者自己的生命節(jié)奏變慢了3固有時間：在某個參考系中，同一地點先后發(fā)生了兩個事件，用固定在該參考系中的鐘來測定兩事件的時間間隔稱為兩事件的靜止時間或固有時間，也稱原時4日常生活中的時間延緩效應可以忽略，在運動速度接近光速時，那么變得特別重要1在一慣性系中觀測，有兩個事件同時不同地，那么在其他慣性系中觀察，結果不正確的選項是A一定同時B可能同時C不可能同時，但可能同地D不可能同時，也不可能同地E可能不同時【答案】ACD2一飛船以u9×103 m/s的速率相對于地面飛行，飛船上的鐘

6、走了5 s，用地面上的鐘測量，經(jīng)過了多長時間？【解析】此問題就是在不同參考系中測量時間的問題u9×103 m/s，t5 s，由時間延緩效應，得t5.000 000 002 s.【答案】5.000 000 002 s應用相對論“效應解題的一般步驟1應該通過審題確定研究對象及研究對象的運動速度2明確求解的問題，即明確求解的是靜止參考系中的觀察結果，還是運動參考系中的觀察結果3應用“時間延緩效應公式進展計算長 度 的 相 對 性 1長度的相對性1絕對時空觀一條桿的長度不會因為觀察者是否與桿做相對運動而不同，即空間也是絕對的2相對論的時空觀“長度也具有相對性，一條沿自身長度方向運動的桿，其長

7、度總比靜止的長度小，但在垂直于桿的運動方向上，桿的長度不變3相對論的長度變換公式設相對于桿靜止的觀察者認為桿的長度為l0，與桿有相對運動的人認為桿的長度為l，桿相對于觀察者的速率為u，那么l，l0，v的關系是：ll0.2相對論的時空觀時間和空間不能脫離物質(zhì)和物質(zhì)的運動狀態(tài)時間變慢，空間的長度會變短，這都與物質(zhì)的運動速度有關1相對論時空觀認為，運動的桿比靜止的桿長度大×2相對論時空觀認為，“長度也具有相對性3當物體運動的速度接近光速c時，“時間膨脹和“長度收縮效應才明顯1尺子沿任何方向運動其長度都縮短嗎？【提示】尺子沿其長度方向運動時縮短，在垂直于運動方向長度不變2相對論的時間變換公式

8、和長度變換公式，適用條件是什么？【提示】適用于高速運動的物體1長度的相對性長度縮短的理解觀察者與被測物體有相對運動時，長度的測量值等于其原長的 倍，即物體沿運動方向縮短了，這就是洛倫茲收縮長度縮短1觀察運動的物體其長度要收縮，收縮只出如今運動方向固有長度值最大如圖6­3­2所示圖6­3­22低速空間相對論效應可忽略3長度收縮是相對的，K系認為靜止在K系中的尺收縮，反之，K系認為靜止在K系中的尺收縮2時空相對性的驗證時空相對性的最早證據(jù)跟宇宙線的觀測有關如子，壽命為3.0 s宇宙線中的子速度約為0.99c，子生成的高度低至十幾千米、高至幾百千米，雖然它只能

9、飛行約890 m，但實際上，地面觀測到的宇宙線中有許多子，對此現(xiàn)象解釋如下：從地面觀察者來看，子在以接近光速的速度運動，它的壽命比與子靜止的參考系中的3.0 s要長得多，在這樣長的時間內(nèi)，許多子可以飛到地面從與子一起運動的觀察者來看，子壽命仍是3.0 s，但大地正向他撲面而來，因此大氣層的厚度比地面上的測量值小得多，許多子在衰變?yōu)槠渌Ｗ忧翱梢燥w過這樣的間隔 3某宇航員要到離地球5光年的星球上去旅行，假如希望把這路程縮短為3光年，那么他所乘飛船相對地球的速度為_【解析】由ll0得，35，解得v0.8c.【答案】0.8 c4地面上長100 km的鐵路上空有一火箭沿鐵路方向以30 km/s的速度掠過，那么火箭上的人看到鐵路的長度應該為多少？假如火箭的速度到達0.6 c，那么火箭上的人看到的鐵路的長度又是多少？【解析】當火箭速度較低時，長度根本不變，還是100 km.當火箭的速度到達0.6c時，由相