物理選修3-4學(xué)案第十五章2時(shí)間和空間的相對(duì)性含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精時(shí)間和空間的相對(duì)性1．“同時(shí)”的相對(duì)性(1）經(jīng)典的時(shí)空觀在同一個(gè)慣性系中不同樣地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察也是同時(shí)的。（2)相對(duì)論的時(shí)空觀“同時(shí)"擁有相對(duì)性，即在同一個(gè)慣性系中不同樣地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀察不用然是同時(shí)的.【例1】利用愛因斯坦理想實(shí)驗(yàn)說明同時(shí)的相對(duì)性。剖析：假設(shè)一列很長(zhǎng)的火車在沿平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央有一個(gè)光源發(fā)出一個(gè)閃光，閃光照到了車廂的前壁和后壁，這是兩個(gè)事件。車上的觀察者以為兩個(gè)事件是同時(shí)的，在他看來這很好接受,由于車廂是個(gè)慣性系，光向前、向后流傳的速度同樣，光源又在車廂的中央，閃光自然會(huì)同時(shí)到達(dá)前后兩壁。車下的觀察者則不以為然，他觀察到,閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁.他的講解是：地面也是一個(gè)慣性系，閃光向前、向后流傳的速度對(duì)地面也是同樣的,但是在閃光飛向兩壁的過程中,車廂向前行進(jìn)了一段距離，因此向前的光流傳的行程長(zhǎng)些，到達(dá)前壁的時(shí)刻也就晚些，這兩個(gè)事件不同樣時(shí).答案：見解析2．“長(zhǎng)度”的相對(duì)性1)經(jīng)典的時(shí)空觀一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)由于觀察者可否與桿做相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不同樣.2)相對(duì)論的時(shí)空觀學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精“長(zhǎng)度”也擁有相對(duì)性，一條沿自己長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止時(shí)的長(zhǎng)度小.設(shè)相對(duì)于桿靜止的觀察者以為桿的長(zhǎng)度為l0，與桿有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的人以為桿的長(zhǎng)度為l，桿相對(duì)于觀察者的速度為v，則l、l0、v的關(guān)系是：l＝l0錯(cuò)誤!?！纠?】假想在2015年,有一太空船以0.8c的速度飛向“月球太空站”。一科學(xué)家在月球上測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的太空船長(zhǎng)度為200m,此太空船最后在月球上登陸,此科學(xué)家再度測(cè)量靜止的太空船的長(zhǎng)度，測(cè)量的結(jié)果如何？剖析:設(shè)在月球上測(cè)得運(yùn)動(dòng)的太空船的長(zhǎng)度為l，靜止的太空船長(zhǎng)度為l0，依照狹義相對(duì)論的長(zhǎng)度縮短效應(yīng)有l(wèi)＝l0錯(cuò)誤!，因此l0＝錯(cuò)誤!＝錯(cuò)誤!333m答案：333m3．時(shí)間間隔的相對(duì)性1）經(jīng)典的時(shí)空觀某兩個(gè)事件，在不同樣的慣性系中觀察，它們的時(shí)間間隔總是相同的。2)相對(duì)論的時(shí)空觀某兩個(gè)事件，在不同樣的慣性參照系中觀察，它們的時(shí)間間隔是不同樣的。設(shè)Δτ表示相對(duì)事件發(fā)生地靜止的慣性系中觀察的時(shí)間間隔，t表示相對(duì)事件發(fā)生地以v調(diào)整運(yùn)動(dòng)的參照系中觀察同樣兩事件的時(shí)間間隔，則它們的關(guān)系是t＝錯(cuò)誤!?！纠?】一對(duì)孿生兄弟,出生后甲乘高速飛船去旅行，測(cè)量出自己翱翔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＝錯(cuò)誤!c）,一個(gè)是正確的？哪一個(gè)是錯(cuò)誤學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精剖析：已知飛船觀察者甲經(jīng)時(shí)間Δτ＝30年，地面上的觀察者乙經(jīng)過時(shí)間為t＝錯(cuò)誤!＝錯(cuò)誤!年＝60年可見甲的孿生兄弟已經(jīng)60歲了。答案：60歲4．相對(duì)論時(shí)空觀(1)經(jīng)典時(shí)空觀空間和時(shí)間是走開物質(zhì)存在的，是絕對(duì)的，空間和時(shí)間之間也是沒有聯(lián)系的.2)相對(duì)論時(shí)空觀空間和時(shí)間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān).兩者都不能夠說是錯(cuò)誤的，可是相對(duì)論時(shí)空觀更具寬泛性，經(jīng)典時(shí)空觀雖有限制性但作為相對(duì)論時(shí)空觀在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的特例，在自己的適用范圍內(nèi)還將連續(xù)發(fā)揮作用。經(jīng)典時(shí)空觀和相對(duì)論時(shí)空觀哪的？【例4】用相對(duì)論的見解判斷以下說法中正確的選項(xiàng)是(）A．時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，在任何參照系中一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間和一個(gè)物體的長(zhǎng)度總不會(huì)改變B．在地面上看來，以10km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘會(huì)變快,但是飛船中的宇航員卻看到時(shí)鐘可能是正確的C．在地面上的人看來，以10km/s的速度運(yùn)動(dòng)的飛船在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)變窄，而飛船中的宇航員卻感覺不到地面上的人看起來比飛船中的人扁一些D．當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度v遠(yuǎn)小于c時(shí),“長(zhǎng)度縮短”和“時(shí)間膨脹"收效可忽略不計(jì)剖析:時(shí)間和空間都是相對(duì)的，沒有絕瞄正確的時(shí)間和空間，因此選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由l＝l0錯(cuò)誤!可知兩處的人都感覺l＜l0，因此選項(xiàng)學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精C錯(cuò)誤；由尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)公式可知當(dāng)v遠(yuǎn)小于應(yīng)和鐘慢效應(yīng)都能夠忽略不計(jì),因此選項(xiàng)D正確。答案：D

c時(shí)，尺縮效5．對(duì)狹義相對(duì)論幾個(gè)主要結(jié)論的理解(1）幾個(gè)主要結(jié)論相對(duì)事件發(fā)生地或物體靜止相對(duì)事件發(fā)生地或物體運(yùn)動(dòng)的參照系中觀的參照系中觀察察同時(shí)事件同時(shí)但不的相事件不同樣時(shí)發(fā)生同地點(diǎn)發(fā)生對(duì)性時(shí)間兩個(gè)事件發(fā)生間隔的時(shí)間間隔為兩事件發(fā)生的時(shí)間間隔變大t＝.的相錯(cuò)誤!Δτ對(duì)性長(zhǎng)度若參照系沿桿的方向運(yùn)動(dòng)，觀察到的桿的長(zhǎng)的相桿的長(zhǎng)度為l0度減小l＝l0錯(cuò)誤!對(duì)性2)幾個(gè)結(jié)論的理解要點(diǎn)①時(shí)間間隔、長(zhǎng)度的變化，都是由于物質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的一種觀察效應(yīng),它與所采用的參照系有關(guān),物質(zhì)自己的結(jié)構(gòu)并沒有變化.②兩個(gè)事件的時(shí)間間隔和物體的長(zhǎng)度，必定與所采用的參照系相聯(lián)系，若是在沒有采用參照系的情況下談?wù)摃r(shí)間的長(zhǎng)短及空間的尺寸，是沒有任何意義的。析規(guī)律：對(duì)狹義相對(duì)論的認(rèn)識(shí)以上結(jié)論是狹義相對(duì)論的必然結(jié)論,而狹義相對(duì)論的正確性已學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精被實(shí)考據(jù)明，因此以上結(jié)論是高速世界中必然發(fā)生的現(xiàn)象，是客觀存在的事實(shí),絕不是人們的主觀臆造，之因此人們平常觀察不到這些現(xiàn)象，是由于我們生活在低速運(yùn)動(dòng)的世界里。【例5－1】一個(gè)鐘在靜止參照系中的搖動(dòng)周期是3。0s，當(dāng)一個(gè)觀察者相對(duì)擺鐘以0.99c的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者測(cè)得的周期是多少?擺鐘是變快了還是變慢了？剖析：設(shè)在靜止參照系中測(cè)得的擺鐘周期為測(cè)得的周期為t,則依照時(shí)間延緩效應(yīng)有t＝錯(cuò)誤!＝錯(cuò)誤!s≈21.3s，

Δτ，運(yùn)動(dòng)的觀察者即運(yùn)動(dòng)的觀察者觀察到的擺鐘變慢了.答案：21。3s變慢【例5－2】A、B兩架飛機(jī)沿地面上一足球場(chǎng)的長(zhǎng)度方向在其上空高速飛過，且vA＞vB，在飛機(jī)上的人觀察結(jié)果正確的選項(xiàng)是（A．A飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度比B飛機(jī)上的人觀察到

)的大B．A

飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的寬度比

B飛機(jī)上的人觀察到的大C．兩飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度同樣D．兩飛機(jī)上的人觀察到足球場(chǎng)的寬度同樣剖析：由于當(dāng)一個(gè)慣性系的速度比較大時(shí)，依照l＝l0錯(cuò)誤!知，足球場(chǎng)的長(zhǎng)度沿翱翔方向長(zhǎng)度減小，而且速度越大，長(zhǎng)度越小，故A、C均錯(cuò)誤；而垂直于運(yùn)動(dòng)方向上，寬度是不隨速度而變化的，因此B錯(cuò)誤、D正確.答