時(shí)間和空間的相對性學(xué)案

1、時(shí)間和空間的相對性學(xué)案本資料為 woRD 文檔，請點(diǎn)擊下載地址下載全文下載地址人教版物理選修 3-4 學(xué)案： 15、 2時(shí)間和空間的相對性編寫人：曹樹春審核 : 高二物理組寄語：長度的變短是相對的！學(xué)習(xí)目標(biāo)：（ 1）同時(shí)的相對性（ 2）運(yùn)動(dòng)長度的收縮（ 3）時(shí)間間隔的相對學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)：從“同時(shí)”的相對性得出運(yùn)動(dòng)長度和時(shí)間間隔的相對性導(dǎo)讀：在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中看來是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中看來也一定是同時(shí)的，但是如果接受愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，我們會得出“同時(shí)是相對的”這樣一個(gè)結(jié)論學(xué)習(xí)過程：B 一、“同時(shí)”的相對性下面我們通過一個(gè)實(shí)例分析，來看看經(jīng)典物理和相對論對同時(shí)的理

2、解有何不同。車廂長為 L，正以速度v 勻速向右運(yùn)動(dòng)， 車廂底面光滑，現(xiàn)有兩只完全相同的小球，從車廂中點(diǎn)以相同的速率v0 分別向前后勻速運(yùn)動(dòng)， （相對于車廂） ，問（ 1）在車廂內(nèi)的觀察者看來，小球是否同時(shí)到達(dá)兩壁？分析：在車上的觀察者看來，A 球經(jīng)時(shí)間 tA=B 球經(jīng)時(shí)間 tB= 因此兩球到達(dá)前后壁。在經(jīng)典物理學(xué)家看來，同時(shí)發(fā)生的兩件事在任何參照系中觀察，結(jié)果都是同時(shí)的，兩球也應(yīng)同時(shí)到達(dá)前后壁 . 這是我們在日常生活中得到的結(jié)論。如果把上述事件換成兩列光的傳播，情況如何呢？在車上的觀察者看來，閃光同時(shí)到達(dá)前后壁，在地上的觀察者看來，閃光先到達(dá)后壁 .這是為什么呢？根據(jù)愛因斯坦相對性原理，在不同

3、參考系中一切物理規(guī)律都是相同的，這里勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律也一樣，據(jù) s=ct 得 t= ，車上觀察者看來 s 相同， c 也一樣，所以 t 相同，而對地面的觀察者，光向后位移 s ?。▍⒁娬n本圖 15.2-1 ），而光速仍然不變，所以向后運(yùn)動(dòng)光需要較短時(shí)間到達(dá)后壁。分析得不錯(cuò)，由此看來，根據(jù)愛因斯坦相對性原理和光速不變原理，我們自然會得出“同時(shí)是的”這樣一個(gè)原理， 也就是說， 在一個(gè)參考系中看來“同時(shí)”的，在另一個(gè)參考系中卻可能“不同時(shí)”。那么為什么我們平時(shí)不能觀察這種現(xiàn)象呢？B2長度的相對性請大家看課本圖 15.2 3，地面上的人看到桿的 m、N 兩端發(fā)出的光同時(shí)到達(dá)他的眼睛， 他讀出 N、m的坐標(biāo)

4、之差為 l ，即地上的觀察者測到的桿長。請大家考慮車上的觀察者是同時(shí)看到 N、 m兩端的閃光嗎？不是同時(shí)看到， 他看到 N 端先發(fā)出光，而 m端后發(fā)出光。原因：他認(rèn)為地上的人觀測的長度就是投影圖中的N、m間距，地上觀察者讀短了。因此車上觀察者測量的長度l0比地上觀察者測量的長度l 長，即 l l0 。正是因?yàn)橥瑫r(shí)的相對性導(dǎo)致了長度的相對性。嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)告訴我們l 和 l 之間有如下關(guān)系：l=由式可見總有l(wèi) l0。一個(gè)桿，當(dāng)它沿自身方向相對于測量者運(yùn)動(dòng)時(shí)，測量者的測量結(jié)果如何？若桿沿著垂直自身方向相對測量者運(yùn)動(dòng)呢？如果一個(gè)人在地上量好一根靜止桿的長度是l0 ，他將這根桿帶到以 0.5c 速度運(yùn)

5、動(dòng)的飛船上，坐在飛船上測量這根桿的長度又是多少？應(yīng)該是l0 ，可以從公式l=l0求出。這個(gè)結(jié)論對嗎？為什么？B3時(shí)間間隔的相對性（此部分內(nèi)容請重點(diǎn)看課本101頁）根據(jù)公式，通過一定的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得出：t=式中是與滴管相對靜止的觀察者測得的兩次滴下墨水的時(shí)間間隔，習(xí)慣上用希臘字母表示。于是上式寫成t=從上式可以發(fā)現(xiàn)哪一位觀察者感覺時(shí)間長？上式具有普遍意義。下面請大家計(jì)算一個(gè)問題。B 一對孿生兄弟，出生后甲乘高速飛船去旅行，測量出自己飛行 30 年回到地面上，乙在地面上生活，問甲回來時(shí)30 歲，乙這時(shí)是多少歲？（已知飛船速度v=c ）A4時(shí)空相對性的驗(yàn)證（1） 1941 年美國科學(xué)家和研究了在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中 子的數(shù)量，結(jié)果與相對論的預(yù)言完全一致。（ 2）宏觀的證據(jù)是年的銫原子鐘的環(huán)球飛行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論符合得很好。A5相對論的時(shí)空觀（ 1）經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間和空間是而存在的，是的，時(shí)間與空間之間聯(lián)系。相對論則認(rèn)為時(shí)間與空間之間與有關(guān)，是的。（ 2）相對論更具有性，經(jīng)典物理學(xué)可作為相對論在時(shí)的特例，但它在自己的適用范圍內(nèi)還將繼續(xù)發(fā)揮作用。反思小結(jié)：5、2時(shí)間和空間的相對性檢測卡一、“同時(shí)”的相對性、對于運(yùn)動(dòng)的火車上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對于就不是同時(shí)的2、地面上