5.2相对论中的神奇时空（教学课件）-高中物理鲁科版（2019）必修第二册 .pptxVIP

第2节相对论中的神奇时空第5章科学进步无止境

新课引入回顾狭义相对论的基本假设?

新课引入假设一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。车厢中央的光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁。车上的观察者将会看到什么现象，地面上的观察者又会看到什么现象？

〇、同时的相对性车上的观察者以车厢为参考系，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速率相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁。对于车下的观察者来说，他以地面为参考系，因闪光向前、后传播的速率对地面也是相同的，在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些。他观测到的结果应该是：闪光先到达后壁，后到达前壁。因此，这两个事件不是同时发生的。

〇、同时的相对性在经典力学中，时间是绝对的，时间均匀流逝的。两者之间是独立的。在经典力学的，两个事件在某一参考系中同时发生，那么在其他任意的参考系中这两个事件也是同时发生的。在相对论中，时间和空间是不可分割的。时间和空间都是相对的，两个事件是否同时发生也是相对的。

一、时间延缓效应如果相对于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，那么两者之间的关系是由于vc，所以总有ΔtΔτ，此种情况称为时间延缓效应。

二、长度收缩效应如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是由于vc，所以总有ll0，此种情况称为长度收缩效应。

二、长度收缩效应已知μ子低速运动的平均寿命为3.0μs。有文献报道从1981m的高山上测得563个μ子，μ子下降的速率为0.99c，在海平面几乎全部测到这些μ子。μ子在其寿命期间下降的高度为h=3.0μs×0.99c=891m。即在海平面应该探测不到这些μ子，为什么会出现这种现象？以μ子为参考系，其下降的高度为在此时间内μ子可以下降的高度为即μ子在其寿命期内可以下降到海平面上。

二、长度收缩效应以地面为参考系，μ子的寿命为在此时间内μ子可以下降的高度为即μ子在其寿命期间内可以下降到海平面。已知μ子低速运动的平均寿命为3.0μs。有文献报道从1981m的高山上测得563个μ子，μ子下降的速率为0.99c，在海平面几乎全部测到这些μ子。μ子在其寿命期间下降的高度为h=3.0μs×0.99c=891m。即在海平面应该探测不到这些μ子，为什么会出现这种现象？

三、质能关系在经典物理学中，质量和能量是两个独立的概念。按照相对论及基本力学定律可推出质量和能量具有以下关系如果用Δm表示物体质量的变化量，ΔE表示能量的变化量，则有ΔE=mc2。1938年，德国物理学家哈恩的重核裂变反应使爱因斯坦的质能关系得到了验证。

四、奇妙的时空弯曲

四、奇妙的时空弯曲爱因斯坦的广义相对论认为，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲。天体之间的引力作用是时空弯曲的结果。万有引力是广义相对论的时空弯曲理论在弱引力场的近似表述。当遥远的恒星发出的光经过太阳表面时太阳周围的空间弯曲，致使光线发生弯曲。1919年发生日全食时，英国派出科考队分赴西非和巴西两地观测，观测值与理论预测值符合得很好。

四、奇妙的时空弯曲

课堂小结