時間、長度的相對性

1、時間、長度的相對性時間、長度的相對性武勝中學武勝中學 吳建兵吳建兵1.1.慣性參考系：慣性參考系： 凡是牛頓定律成立的參考系，稱為慣性參凡是牛頓定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系?？枷担喎Q慣性系。2.2.伽利略相對性原理伽利略相對性原理 對于所有的慣性系，力學規(guī)律都是相同的。對于所有的慣性系，力學規(guī)律都是相同的。3.3.經(jīng)典時空觀（絕對時空觀）經(jīng)典時空觀（絕對時空觀）時間和空間彼此獨立、互不關聯(lián)，且不時間和空間彼此獨立、互不關聯(lián)，且不受物質(zhì)或運動的影響。受物質(zhì)或運動的影響。復習：相對性原理：相對性原理：對于不同的慣性系，物理規(guī)律對于不同的慣性系，物理規(guī)律（包括力學和電磁學）都是一樣

2、的。（包括力學和電磁學）都是一樣的。光速不變原理：光速不變原理：光速與慣性系的選擇無關。光速與慣性系的選擇無關。1 1、經(jīng)典力學的幾個基本結論、經(jīng)典力學的幾個基本結論 “同時同時”的絕對性的絕對性時間間隔的絕對性時間間隔的絕對性空間距離的絕對性空間距離的絕對性質(zhì)量不隨速度而變化質(zhì)量不隨速度而變化2 2、相對論時空觀、相對論時空觀 “同時同時”的相對性的相對性 運動時間變慢運動時間變慢運動尺子的縮短運動尺子的縮短 運動質(zhì)量的變大運動質(zhì)量的變大概述：兩種時空觀得出的重要結論：概述：兩種時空觀得出的重要結論：一、同時的相對性一、同時的相對性相隔一定距離發(fā)生的兩件事，在一個參考系中觀測是同時發(fā)生的，在

3、相對于此參考系運動的另一個參考系中觀測就可能不是同時，而是一前一后發(fā)生的。假設一列火車在平直的軌道上假設一列火車在平直的軌道上以速度以速度u行駛、高速開過站臺，在行駛、高速開過站臺，在車廂的正中有一閃光燈?，F(xiàn)使該燈車廂的正中有一閃光燈。現(xiàn)使該燈發(fā)出一個閃光。閃光照到前、后壁，發(fā)出一個閃光。閃光照到前、后壁，是兩件事。小明在車上觀測，小芳是兩件事。小明在車上觀測，小芳在站臺上觀測。他們認為這兩個事在站臺上觀測。他們認為這兩個事件是同時發(fā)生的嗎？閃光是同時到件是同時發(fā)生的嗎？閃光是同時到達前、后壁的嗎？達前、后壁的嗎？u小明：（以車廂為參考系）小明：（以車廂為參考系）車子是靜止的，光速是不變的，光

4、同時向車子是靜止的，光速是不變的，光同時向A和和B前進，到達前、后兩壁，用時相同。即閃光前進，到達前、后兩壁，用時相同。即閃光同時到達前、后壁。同時到達前、后壁。小芳：（以站臺為參考系）小芳：（以站臺為參考系）車子是運動的，光速是不車子是運動的，光速是不變的，光同時向變的，光同時向A和和B前進，先前進，先到達到達A，后到達，后到達B，用時不相同。，用時不相同。即閃光不是同時到達前、后壁。即閃光不是同時到達前、后壁。u在一個參考系中是同時發(fā)生的兩件事，在在一個參考系中是同時發(fā)生的兩件事，在相對于此參考系運動的另一個參考系中觀測不相對于此參考系運動的另一個參考系中觀測不是同時發(fā)生，這就是是同時發(fā)生

5、，這就是“同時同時”的相對性。的相對性。u車廂相對于站臺的速率車廂相對于站臺的速率越大，相隔的時間就越長，越大，相隔的時間就越長，在大到一定值時，這個差值在大到一定值時，這個差值就大得不能忽略。就大得不能忽略。一、同時的相對性一、同時的相對性二、運動時鐘的變慢二、運動時鐘的變慢二、運動時鐘的變慢二、運動時鐘的變慢MAv對于車廂內(nèi)的人：對于車廂內(nèi)的人：對于車廂外的人：對于車廂外的人：cht22224vcht21cvttvMvMBvMAct2vt2hhvt2ct221cvtt時間延緩效應并不是說由于相對運動而使鐘發(fā)生了結構性變化，是由于不同觀測者進行量度時引起的一種觀測效應。這種效應是相對的。對于

6、同一參考系，v=0，就不存在這種效應了。當當v接近光速時，接近光速時，這種偏差是非常大的。這種偏差是非常大的。3:003:003:004:004:003:40時鐘相對于觀察者靜止時走得快，相對于觀察時鐘相對于觀察者靜止時走得快，相對于觀察者運動時，觀察者會看到它變慢了，運動速度越快，者運動時，觀察者會看到它變慢了，運動速度越快，效果越明顯，即運動著的時鐘要變慢。效果越明顯，即運動著的時鐘要變慢。二、運動時鐘的變慢二、運動時鐘的變慢A、B、C是三個完全相同的時鐘，是三個完全相同的時鐘，A放在地面放在地面上，上， B、C分別放在兩個火箭上，以速度分別放在兩個火箭上，以速度vB和和vC朝同一朝同一方

7、向飛行，方向飛行， vBvC，地面上的觀察者認為哪個時鐘走得，地面上的觀察者認為哪個時鐘走得最慢？哪個走得最快？最慢？哪個走得最快？以以8km/s的速度運行的人造衛(wèi)星上一只完好的的速度運行的人造衛(wèi)星上一只完好的手表走過了手表走過了1mim，地面上的人認為它走過這，地面上的人認為它走過這1mim “實實際際”上花了多少時間？上花了多少時間？ 102238113 6 108 10113 10tt.minvc 三、長度的相對性三、長度的相對性 還是在以速度u前進的車廂中，現(xiàn)在要測量如圖CD兩點間的距離，小明用一根尺子如圖放置，記下兩點坐標x1和x2，則L0= x1-x2，可以求得。L0是CD兩點的靜

8、長?？墒切》紲y量就不一樣了。L0uCD的距的距離是多離是多少呢？少呢？三、長度的相對性三、長度的相對性L0uCD的距的距離是多離是多少呢？少呢？對小芳來說：先記下X1，后記下X2時，車子已經(jīng)向前走了一段，她測得的L0比小明的長；同理，若先記下X2，后記下X1，測得的L0比小明的短?？傊?，選擇的慣性參考系不同，測得的長度不等，長度具有相對性。小芳以站臺作參考系一個物體相對于觀察者靜止時，它的長一個物體相對于觀察者靜止時，它的長度測量值最大。相對于觀察者運動時，觀察度測量值最大。相對于觀察者運動時，觀察者在運動方向上觀測，它的長度縮短，速度者在運動方向上觀測，它的長度縮短，速度越快，縮得越短。即運

9、動的尺子要縮短。越快，縮得越短。即運動的尺子要縮短。三、長度的相對性三、長度的相對性v0v例題+介子是一種不穩(wěn)定的粒子，產(chǎn)生后很快轉(zhuǎn)化成別的粒子了，它的平均壽命是，當它以0.99C的速率在實驗室中運動時，平均來說它“一生”中能跑多遠？s8106 . 2時空相對性的實驗驗證時空相對性的實驗驗證1966年用年用子作了一個類似于雙生子旅游子作了一個類似于雙生子旅游的實驗，讓的實驗，讓子沿一直徑為子沿一直徑為14米的圓環(huán)運動再米的圓環(huán)運動再回到出發(fā)點，實驗結果表明運動的回到出發(fā)點，實驗結果表明運動的子的確比子的確比靜止的靜止的子壽命更長。子壽命更長。 19711971年，科學家將銫原子鐘放在噴年，科學家將銫原子鐘放在噴氣式飛機中作環(huán)球飛行，然后與地面的氣式飛機中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準鐘對照實驗結果與理論預言符合基準鐘對照實驗結果與理論預言符合的很好這是相對論的第一次宏觀驗證。的很好這是相對論的第一次宏觀驗證。經(jīng)典時空觀經(jīng)典時空觀相對論時空觀相對論時空觀主主要要結結論論同時的絕對性同時的絕對性同時的相對性同時的相對性時間間隔的絕對性時間間隔的絕對性運動的時鐘變慢運動的時鐘變慢空間距離的絕對性空間距離的絕對性運動的尺子變短運動的尺子變短質(zhì)量不變質(zhì)量不變質(zhì)量隨速度的增大而增大質(zhì)量隨速度的增大而增大主主要要