《遼寧省大連市高中物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 15.2 時(shí)間和空間的相對(duì)性課件 新人教版選修3-4.ppt》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《遼寧省大連市高中物理 第十五章 相對(duì)論簡(jiǎn)介 15.2 時(shí)間和空間的相對(duì)性課件 新人教版選修3-4.ppt（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、在日常生活和生產(chǎn)中，用時(shí)鐘測(cè)量時(shí)間，用米尺測(cè)量長(zhǎng)度，也是司空見(jiàn)慣的事情。無(wú)論是運(yùn)動(dòng)的描述，還是運(yùn)動(dòng)規(guī)律的說(shuō)明，都跟時(shí)間和長(zhǎng)度的測(cè)量有關(guān)。對(duì)于不同的參考系，長(zhǎng)度和時(shí)間的測(cè)量結(jié)果是否是一樣的？對(duì)上述問(wèn)題的討論，物理學(xué)經(jīng)歷了一場(chǎng)關(guān)于時(shí)空觀(guān)的變革，從牛頓時(shí)代的經(jīng)典力學(xué)跨越到愛(ài)因斯坦的相對(duì)論。愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論告訴我們：運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢、運(yùn)動(dòng)的尺子在運(yùn)動(dòng)的方向上縮短。這到底是為什么？,第十五章相對(duì)論簡(jiǎn)介,時(shí)間和空間的相對(duì)性,一、知識(shí)與技能（1）同時(shí)的相對(duì)性（2）運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的收縮（3）時(shí)間間隔的相對(duì)（4）了解時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證（5）了解相對(duì)論時(shí)空觀(guān)與經(jīng)典物理時(shí)空觀(guān)的主要區(qū)別,二、過(guò)程與方法（1）理解同時(shí)相對(duì)性

2、的推演過(guò)程（2）理解從“同時(shí)相對(duì)性”出發(fā)得出“運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性”的過(guò)程。,三、情感態(tài)度和價(jià)值觀(guān)（1）體會(huì)相對(duì)論嶄新的時(shí)空觀(guān)，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的影響。（2）辯證地看待經(jīng)典物理理論,教學(xué)重、難點(diǎn)從“同時(shí)”的相對(duì)性得出運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性。,一、“同時(shí)”的相對(duì)性二、長(zhǎng)度的相對(duì)性三、時(shí)間間隔的相對(duì)性四、時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證五、相對(duì)論的時(shí)空觀(guān),一、”同時(shí)“的相對(duì)性,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(lái)是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中看來(lái)也一定是同時(shí)的，但是如果接受愛(ài)因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，我們會(huì)得出“同時(shí)是相對(duì)的”這樣一個(gè)結(jié)論。,,按照狹義相對(duì)論，不僅“同時(shí)”是相對(duì)的，有時(shí)

3、候，甚至事情的先后也都是相對(duì)的。,一節(jié)長(zhǎng)為10米的列車(chē)，A在車(chē)后部，B在車(chē)前部。當(dāng)列車(chē)以0.6c的高速度通過(guò)一個(gè)站臺(tái)的時(shí)候,突然站臺(tái)上的人看到A先向B開(kāi)槍,過(guò)了12.5毫微秒,B又向A發(fā)射。因而站臺(tái)上的人作證：這場(chǎng)槍?xiě)?zhàn)是由A挑起的。但是，車(chē)上的乘客卻提供相反的情況，他們說(shuō)，是B先開(kāi)槍?zhuān)^(guò)了10毫微秒，A才動(dòng)手。事件是由B發(fā)動(dòng)的。,到底是誰(shuí)先動(dòng)手呢？沒(méi)有絕對(duì)的答案。在這個(gè)具體事件中，誰(shuí)先誰(shuí)后是有相對(duì)性的。在列車(chē)參考系中，B先A后，而在車(chē)站參考系中則是A先B后。,,在十幾個(gè)毫微秒時(shí)間內(nèi)，光信號(hào)走不到十米遠(yuǎn)，所以A和B開(kāi)槍動(dòng)作的先后是相對(duì)的。,光速不變性保證了因果關(guān)系的成立，保證我們不會(huì)看到任何倒因

4、為果的現(xiàn)象。,二、長(zhǎng)度的相對(duì)性,,,,,,,,,,v,,車(chē)上的人看到的車(chē)廂的長(zhǎng)度：,車(chē)外的人看到的車(chē)廂的長(zhǎng)度：,,,注意：長(zhǎng)度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上。如上例中的X軸方向上，在Y軸方向上無(wú)長(zhǎng)度縮短效應(yīng)。,動(dòng)尺變短（空間收縮效應(yīng)）,一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比、桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小。,斐克小伙劍術(shù)精，出刺迅捷如流星，由于空間收縮性，長(zhǎng)劍變成小鐵釘.,結(jié)論,伽莫夫的著名科普讀物物理世界的奇遇：該城市里的光速異乎尋常地小，當(dāng)他騎自行車(chē)高速行駛時(shí)，發(fā)現(xiàn)周?chē)囊磺腥鐖D中一樣的變扁了。,三、時(shí)間間隔的相對(duì)性,a圖以車(chē)上的人作為參考系,,,,A,B,推導(dǎo)過(guò)程,h,h,t=2h/c,b圖以站臺(tái)上

5、的人作為參考系,,,A,D,A,,,,C,推導(dǎo)過(guò)程,ACA=ct,由a圖得出t=2h/c,由b圖得出ACA=ct,以上面兩式消去h可得：,因?yàn)関t,上面的推導(dǎo)公式表明在地面上觀(guān)測(cè)，火車(chē)上的時(shí)間進(jìn)程變慢了，車(chē)上的一切物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程和生命過(guò)程都變慢了：時(shí)鐘走得慢了，人的心臟跳動(dòng)、呼吸、消化、思維活動(dòng)和一切生理過(guò)程都變慢了這就是時(shí)間間隔的相對(duì)性，也稱(chēng)為“時(shí)間膨脹”或“鐘慢效應(yīng)”。,我們?cè)O(shè)想甲、乙是一對(duì)孿生弟兄。他們計(jì)劃做一次高速飛船旅行，來(lái)檢驗(yàn)一下狹義相對(duì)論。甲留在發(fā)射基地，乙周游天外。當(dāng)飛船再度回到基地時(shí)，是甲比乙年輕，還是乙比甲年輕？,,這里有兩種答案：（1）甲看乙船上的鐘變慢了，所以，甲說(shuō)

6、乙應(yīng)該比他更年輕一些。（2）乙也看到基地的鐘變慢了，所以乙說(shuō)甲應(yīng)該比他更年輕些。這是個(gè)有名的疑難，叫“雙生子佯謬”。,甲,乙,問(wèn)題的關(guān)鍵是乙要回到出發(fā)點(diǎn)。乙的飛行路線(xiàn)必然是有來(lái)有去，或者是轉(zhuǎn)一個(gè)圈子。因此，在甲看來(lái)，乙是在做有速度變化的運(yùn)動(dòng)，在乙看來(lái)，甲相對(duì)于他也在做變速運(yùn)動(dòng)。按照運(yùn)動(dòng)鐘變慢的理論，甲看乙鐘變慢，乙看甲鐘變慢這種對(duì)稱(chēng)性，只有當(dāng)甲和乙的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度不變時(shí)，才能保持。或者說(shuō)，只有互相作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)慣性參考系，互相之間才是等價(jià)的。一旦出現(xiàn)了變速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就不能使用這種對(duì)稱(chēng)性了。甲和乙都生活在宇宙間。他們周?chē)€有大量天體。因此，雙生子問(wèn)題中有三個(gè)因素：甲、乙和他們周?chē)挠钪妫?/p>

7、果甲留在基地上，他相對(duì)于大量天體并沒(méi)有做變速運(yùn)動(dòng)。在甲看來(lái)，只有乙在做變速運(yùn)動(dòng)。在乙看來(lái)，情況與甲不同。他不但看到甲在做變速運(yùn)動(dòng),而且整個(gè)宇宙都在做變速運(yùn)動(dòng)。一邊是整個(gè)周?chē)挠钪?，一邊只是一個(gè)飛船，這是明顯的不對(duì)稱(chēng)性。所以由對(duì)稱(chēng)性引起的兩難是不存在的。那么，到底誰(shuí)年輕呢？,四、時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證,1966年，真的做了一次雙生子旅游實(shí)驗(yàn)，用來(lái)判斷到底那個(gè)壽命長(zhǎng)，同時(shí)也一勞永逸地結(jié)束了純理論的爭(zhēng)論。不過(guò)旅游的不是人，仍然是子。旅途也不在天外，而是一個(gè)直徑大約為十四米的圓環(huán)。子從一點(diǎn)出發(fā)沿著圓軌道運(yùn)動(dòng)再回到出發(fā)點(diǎn)，這同乙的旅行方式是一樣的。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，旅行后的子的確比未經(jīng)旅行的同類(lèi)年輕了。我們似乎可

8、以這樣作結(jié)論了：誰(shuí)相對(duì)于整個(gè)宇宙做更多的變速運(yùn)動(dòng)，誰(shuí)就會(huì)活得更長(zhǎng)久。佯謬也就不存在了。,實(shí)驗(yàn)一,1971年銫原子鐘實(shí)驗(yàn),將銫原子鐘放在飛機(jī)上，沿赤道向東和向西繞地球一周，回到原處后，分別比靜止在地面上的鐘慢59納秒和快273納秒。,實(shí)驗(yàn)二,地球以一定的角速度向東轉(zhuǎn)，地面不是慣性系，而從地心指向太陽(yáng)的參考系是慣性系（忽略地球公轉(zhuǎn)）。飛機(jī)的速度總小于地球自轉(zhuǎn)速度，所以無(wú)論飛機(jī)向東還是向西，它相對(duì)于慣性系都是向東，只是前者速度大，后者小。而地面上的鐘的轉(zhuǎn)速度介于二者之間。,這暗示著，人要活得更長(zhǎng)久，應(yīng)該不斷地向東飛去，使得地球的轉(zhuǎn)動(dòng)速度疊加上飛機(jī)的速度。,,,上述實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)于慣性系轉(zhuǎn)速越大的鐘走

9、得越慢。這和孿生子問(wèn)題所預(yù)期的效應(yīng)是一致的。所以似也不應(yīng)再說(shuō)：“孿生子佯謬”，而應(yīng)是孿生子效應(yīng)了。,然而人們所獲得的比一秒還短得多的生命延長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及劣質(zhì)飛機(jī)餐對(duì)健康的殘害！霍金時(shí)間簡(jiǎn)史,這暗示著，人要活得更長(zhǎng)久，應(yīng)該不斷地向東飛去，使得地球的轉(zhuǎn)動(dòng)速度疊加上飛機(jī)的速度。,五、相對(duì)論的時(shí)空觀(guān),絕對(duì)時(shí)空觀(guān)認(rèn)為時(shí)間和空間是脫離物質(zhì)而存在的，是絕對(duì)的，時(shí)間和空間之間也是沒(méi)有聯(lián)系的。相對(duì)論時(shí)空觀(guān)認(rèn)為有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，時(shí)間和空間與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。,絕對(duì)時(shí)空觀(guān)與相對(duì)論時(shí)空觀(guān)的區(qū)別：,相對(duì)的,相對(duì)的,絕對(duì)的,絕對(duì)的,與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，絕對(duì)的,與運(yùn)動(dòng)聯(lián)系，相對(duì)的,一、“同時(shí)”是相對(duì)的二、長(zhǎng)度的相對(duì)性三、時(shí)間間

10、隔的相對(duì)性,四、用微觀(guān)和宏觀(guān)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)時(shí)空的相對(duì)性進(jìn)行了驗(yàn)證。,五、絕對(duì)時(shí)空觀(guān)與相對(duì)論時(shí)空觀(guān)的區(qū)別。,1、下列說(shuō)法正確的是（）A、世界的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)都只有量的變化，而不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化B、時(shí)間和空間不依賴(lài)人們的意識(shí)而存在C、時(shí)間和空間是絕對(duì)的D、時(shí)間和空間是緊密聯(lián)系、不可分割的,D,2、一張正方形的宣傳畫(huà)，正貼在鐵路旁的墻上，一高速列車(chē)駛過(guò)時(shí)，在車(chē)上的司機(jī)看到這張宣傳畫(huà)畫(huà)成了什么樣子？,解析：取列車(chē)為慣性系，宣傳畫(huà)相對(duì)于列車(chē)高速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)尺縮效應(yīng)，宣傳畫(huà)在運(yùn)動(dòng)方向上將變窄，但在垂直運(yùn)動(dòng)方向上沒(méi)有發(fā)生變化。答案：宣傳畫(huà)變成了長(zhǎng)方形，此畫(huà)的高度不變，寬度變窄了。,3、一只長(zhǎng)的標(biāo)尺以相對(duì)論速度穿過(guò)一根幾米長(zhǎng)的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下的測(cè)量的，以下哪種敘述最恰當(dāng)?shù)孛枋隽藰?biāo)尺穿過(guò)管子的情況（）A、標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B、標(biāo)尺收縮變短，因此在某些位置上，標(biāo)尺從管子的兩端伸出來(lái)C、兩者都收縮，且收縮量相等，因此在某個(gè)位置，管子恰好遮住標(biāo)尺D、所有這些都與觀(guān)察者的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān),D,4、以8km/s的速度運(yùn)行的人造衛(wèi)星上一只完好的手表走過(guò)了1min，地面上的人認(rèn)為它走過(guò)這1min“實(shí)際”上花了多少時(shí)間？,解：衛(wèi)星上觀(guān)測(cè)到的時(shí)間為t1min，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的速度為v8103m/s，所以地面上的觀(guān)測(cè)到的時(shí)間為,