时间和空间的相对性学案.doc

时间和空间的相对性学案 人教版物理选修3-4学案：1、2时间和空间的相对性 编写人：曹树春审核:高二物理组 寄语：长度的变短是相对的！ 学习目标： （1） 同时的相对性 （2） 运动长度的收缩 （3） 时间间隔的相对 学习重点难点： 从 同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性 导读：在经典物理家的头脑中，如果两个事在一个参考系中看是同时 的，在另一个参考系中看也一定是同时的， 但是如果接受爱因斯坦的 两个假设，我们会得出 同时是相对的”这样一个结论. 学习过程： B 一、同时”的相对性 下面我们通过一个实例分析，看看经典物理和相对论对同时的理解有 何不同。 车厢长为L,正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完 全相同的小球，从车厢中点以相同的速率 vO分别向前后匀速运动, （相对于车厢），问（1）在车厢内的观察者看，小球是否同时到达两 壁？ 分析：在车上的观察者看， A球经时间tA= = B球经时间tB==因此两球 到达前后壁。 在经典物理学家看，同时发生的两事在任何参照系中观察， 结果都是 同时的，两球也应同时到达前后壁这是我们在日常生活中得到的结 论。 如果把上述事换成两列光的传播，情况如何呢？ 在车上的观察者看，闪光同时到达前后壁，在地上的观察者看，闪光 先到达后壁 这是为什么呢？ 根据爱因斯坦相对性原理，在不同参考系中一切物理规律都是相同 的，这里匀速运动规律也一样，据 s=t得t=，车上观察者看s相同, 也一样，所以t相同，而对地面的观察者，光向后位移 s小（参见本 图12-1），而光速仍然不变，所以向后运动光需要较短时间到达后壁。 分析得不错，由此看，根据爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，我 们自然会得出 同时是 的”这样一个原理，也就是说，在一个参考系 中看 同时”的，在另一个参考系中却可能 不同时” 那么为什么我们平时不能观察这种现象呢？ B2.长度的相对性 请大家看本图12-3,地面上的人看到杆的、N两端发出的光同时到 达他的眼睛，他读出 N、的坐标之差为I，即地上的观察者测到的杆 长。请大家考虑车上的观察者是同时看到 N、两端的闪光吗? 不是同时看到，他看到N端先发出光，而端后发出光。 原因：他认为地上的人观测的长度就是投影图中的 N、间距，地上 观察者读短了。因此车上观察者测量的长度 10比地上观察者测量的 长度I长，即I > 10。正是因为同时的相对性导致了长度的相对性。 严格的数学推导告诉我们I和I之间有如下关系： 1= 由式可见总有I v I0。 一个杆，当它沿自身方向相对于测量者运动时， 测量者的测量结果如 何？ 若杆沿着垂直自身方向相对测量者运动呢？ 如果一个人在地上量好一根静止杆的长度是 I0，他将这根杆带到以0 速度运动的飞船上，坐在飞船上测量这根杆的长度又是多少？ 应该是I0，可以从公式1=10求出。 这个结论对吗？为什么？ B3.时间间隔的相对性（此部分内容请重点看本 101页） 根据公式，通过一定的数学推导可以得出： △ t= 式中 是与滴管相对静止的观察者测得的两次滴下墨水的时间间隔， 习惯上用希腊字母表示。于是上式写成 △ t= 从上式可以发现哪一位观察者感觉时间长？ 上式具有普遍意义。下面请大家计算一个问题。 B 一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行 30 年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回时30岁，乙这时是多少岁？ (已知飞船速度v=) A4 .时空相对性的验证 (1) 1941年美国科学家 和 研究了在不同高度统计了宇宙线中 □子 的数量，结果与相对论的预言完全一致。 (2) 宏观的证据是 年的铯原子钟的环球飞行，实验结果与理论符合 得很好。 A .相对论的时空观 (1) 经典物理学家认为时间和空间是 而存在的，是 的，时间与空 间之间联系。相对论则认为时间与空间之间与 有关，是 的。 (2) 相对论更具有 性，经典物理学可作为相对论在 时的特例，但 它在自己的适用范围内还将继续发挥作用。 反思小结： 1、2时间和空间的相对性检测卡 一、 同时”的相对性 1、 对于运动的火车上同时发生的两个事，对于 就不是同时的 2、 地面上同时发生的两个事，对于运动的 也 不是同时的 二、 长度的相对性 一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度 相对论长度收缩公式：匸 三、 时间间隔的相对性 △ t= 四、 本问题与练习 B1、