高二物理选修3-4 15.2时间和空间的相对性 课件 （24张ppt人教版）

(共24张PPT)
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1.基本考察点：“同时”的相对性、长度的相对性和时间间隔的相对性；
2.难点: : “同时”的相对性；
3.高考热点: 长度的相对性和时间间隔的相对性；
4.题型及难度: 以选择题、填空题为主,试题难度较易。
15.2 时间和空间的相对性
1.两种时空观对“同时”的认识
(1)经典的时空观: 在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另一个惯性系观察也是同时的。
(2)相对论的时空观: “同时”具有相对性,即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件,在另一个惯性系中观察不一定是同时的。
一、“同时”的相对性
2.对“同时”相对性的理解
车上的观察者认为：闪光从光源到前壁和后壁的距离相等,根据光速不变原理,闪光同时到达前后两壁;
车下的观察者认为：闪光从光源到后壁的距离比到前壁的距离短，根据光速不变原理,闪光先到达后壁,后到达前壁。
一、“同时”的相对性
一、“同时”的相对性
例1.
B
1.两种观点对“长度”的认识
(1)经典的时空观: 一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同。
(2)相对论的时空观: “长度”也具有相对性,一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比静止时的长度小,但在垂直于运动方向上,杆的长度没有变化。
2.狭义相对论的长度变换公式
设相对杆静止的观察者认为杆的长度为 ,与杆有相对运动的人认为杆的长度为 ,杆相对于观察者的速度为 ,则 、 、 的关系
二、长度的相对性
3.对长度收缩的理解
观察者与被测物体有相对运动时,长度的测量值等于其原长的
（ ） ),即物体沿运动方向缩短了,即“动棒缩短”.
(1)观察运动的物体其长度要收缩,收缩只出现在运动方向.长度在垂直于运动方向上没有收缩效应.如图
二、长度的相对性
(2)长度收缩是相对的,K系认为静止则在K’系中的尺收缩,反之K’系认为静止则在K系
中的尺收缩.
(3)虽然结果不同,但是物体本身并未收缩.
(4)低速空间相对论效应可忽略.我们平常观察不到这种长度收缩效应,是因为我们生活
在比光速低很多的低速世界里,这种现象极不明显。
即使运动物体的速度达到 v=30000km/s (即0.1c) ,长度收缩效应也只不过是。
所以,在低速运动中,,。长度收缩效应可忽略不计。
二、长度的相对性










v










注意：长度缩短效应只发生在相对运动的方向上
二、长度的相对性
例2.如图所示,假设一根10m长的梭镖以光速穿过一根10m长的管子,它们的长度都是在静止状态下测量的.以下叙述中最确切的描述了梭镖穿过管子的情况的是( )

A.梭镖收缩变短,因此在某些位置上,管子能完全遮住它
B.管子收缩变短,因此在某些位置上,梭镖从管子的两端伸出来
C.两者都收缩,且收缩量相等,因此在某个位置,管子恰好遮住梭镖
D.所有这些都与观察者的运动情况有关
D
二、长度的相对性
变式.一观察者测得一沿米尺长度方向匀速运动着的米尺的长度为0.6m．则此米尺的速度为（真空中的光速为3×108m/s）（　　）
A．1.2×108m/s
B．1.8×108m/s
C．2.4×108m/s
D．3×108m/s
二、长度的相对性
C
1.经典的时空观
某两个事件,在不同惯性系中观察,它们的时间间隔总是相同的。
2.相对论的时空观
某两个事件,在不同的惯性系中观察,它们的时间间隔是不同的,两个惯性系的相对速度越大,时间进行得越慢。非但如此,一切物理、化学过程和生命过程都变慢了。
3.相对时间间隔公式
设△T 表示静止的惯性系中观测的时间间隔, △t 表示以 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔,则它们的关系是 △t =。
三、时间间隔的相对性




对于车厢内的人：
对于车厢外的人：


h

三、时间间隔的相对性
注意：
“动钟变慢”(或“时间膨胀”)是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应 , 不要误认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化。
运动时钟变慢完全是相对的,由于两个惯性参考系是平权的,他们(观测者)都将发现对方的钟变慢了。
三、时间间隔的相对性
时空相对性的实验验证
1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照．实验结果与理论预言符合的很好．这是相对论的第一次宏观验证．
例3.
C
三、时间间隔的相对性
1.经典时空观
经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的,是绝对的,空间与时间也是没有联系的。
2.相对论时空观
相对论则认为空间和时间与物质的运动状态有关。前面已经看到,在一个确定的参考系中观察,运动物体的长度(空间距离)和物理过程的快慢(时间进程)都跟物体的运动状态有关。
四、经典时空观与相对论时空观的主要区别
3.实验基础不同
我们通过生活经验,通过对周围世界的观察最容易接受的是经典时空观(又叫绝对时空观),因为经典时空观是以 c 的低速运动下的实验为基础建立的,而相对论时空观建立在光速不变实验基础上,在高速运动的情形中,相对论效应才会明显,由于缺少高速运动中的生活经验,初学者难以接受。
4.对时间、空间与物质的联系认识不同
(1)经典时空观认为时间均匀流逝,与物质无关;空间是物质运动的场所,空间本身不受物质运动状态的影响,同时空间与时间也是没有联系的。总之一句话：时间、空间都是绝对的,不同参考系中观察同一物理过程,时间是相同的,观察同一物体长度是相同的。
四、经典时空观与相对论时空观的主要区别
(2)相对论时空观认为物理过程的快慢与物体的运动状态有关,运动物体的长度也跟物体的运动状态有关。换句话说,不同参考系中观察同物理过程,时间可能不同,观察同一物体，长度也可能不同。空间和时间与物体状态有关。同时,时间和空间也是有联系的。
5.经典时空观的价值
经典时空观建立在实验的基础上,它的结论又受到无数次实践的检验。虽然相对论时空观更具有普遍性,但是经典时空观在低速运动时所得出的结论与实验事实符合得很好,由于宏观物体的速度不可能接近光速,所以经典时空观仍有存在的价值。
四、经典时空观与相对论时空观的主要区别
CD
四、经典时空观与相对论时空观的主要区别
例4（多选）.下列的说法中正确的是（　　 ）
A．因为时间是绝对的，所以我们在不同的参考系中观察到的时间进 程都是相同的
B．空间与时间之间是没有联系的
C．有物质才有空间和时间
D．在一个确定的参考系中观察，运动物体的空间距离和时间进程跟 物体的运动状态有关
BCD
四、经典时空观与相对论时空观的主要区别
变式（多选）.下列关于经典力学的时空观与相对论时空观的说法正确的是（ ）
A.相对论时空观中,同时是绝对的,即在一个参考系中的观察者在某一时刻观察到的两个事件,对另参考系中的观察者来说也是同时发生的
B.在经典力学的时空观中,时间间隔是绝对的,即任何事件(或物体的运动)所经历的时间,在不同的参考系中测量都是相同的,而与参考系的选取无关
C.在相对论时空观中,空间距离是相对的,即如果各个参考系中用来测量长度的标准相同,那么空间两点距离与参考系选取有关
D.经典力学的时空观就是一个绝对的时空观,时间与空间、物体的运动无关
五、狭义相对论的几个主要结论
相对事件发生地或物体静止的参考系中观察
相对事件发生地或物体运动的参考系中观察
“同时”的相对性 事件同时但不同地点发生 事件不同时发生
时间间隔的相对性 两个事件发生的时间间隔为△T
长度的相对性
说明：
以上结论是狭义相对论的必然结论,而狭义相对论的正确性已被实验证实,所以以上结论是高速世界中必然发生的现象,是客观存在的事实,绝不是人们的主观胰造,人们之所以平常观察不到这些现象,是因为我们生活在低速运动的世界里。
五、狭义相对论的几个主要结论
五、狭义相对论的几个主要结论
例5.如图所示，质量与身高均相同的甲、乙两人分别乘坐速度为0.6c和0.8c（c为光速）的飞船同向运动。则下列说法中正确的是（　　）

A．乙观察到甲身高变高
B．甲观察到乙身高变低
C．若甲向乙挥手，则乙观察到甲动作变快
D．若甲向乙发出一束光进行联络，则乙观察到该光束的传播速度为c
D
作业
1.先复习今天所讲基础内容完成1.2节大小本；
2. 预习3.4节完成大本。