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1、15.2 时间和空间的 相对性,一群大学生说说笑笑，跑来问爱因斯坦，什么叫相对论他回答说：“你坐在一个漂亮姑娘旁边，坐了两小时，觉得只过了一分钟；如果你紧挨着一个火炉，只坐了一分钟，却觉得象过了两个小时这就是相对论”,在经典物理家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来也一定是同时的，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,一、“同时”的相对性,车厢上的人和地面上的人看到车厢中间灯光到达前后车厢的先后是不一样的 车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁 站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁,沿两个惯性系相对运动的方向配置的两个事
2、件，若在一个惯性系中这两个事件同时发生，则在另一惯性系中观测，总是处于前一个惯性系运动后方的事件先发生。,但是，沿垂直于相对运动方向上发生的两个事件的同时性是绝对的,二、长度的相对性,火车上的观察者认为：地面观察者先在N点读数，而后在M点读数，在这期间杆已经向前运动了一截！因此火车上的观察者断定：地面观察者测量的杆长会比自己测量的数值小一些。,相对于某一参考系运动的物体，在此参考系中观察长度要比静止时短。,v,车上的人看到的车厢的长度：,车外的人看到的车厢的长度：,动尺变短（空间收缩效应）,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小,高速运行的列车上，由车厢底部发出的闪光，对于车上
3、的人来说，闪光是在竖直方向反射的，而车厢外的人认为被接收的反射光是沿斜线传播的,三、时间间隔的相对性,时间间隔的相对性,对于车厢内的人：,对于车厢外的人：,h,动钟变慢,时间膨胀,相对速度与动钟延缓效应 ( =1s）,V（米/秒） 0.1c=3107 0.5c 0.8c 0.9c 0.99c 0.999c 0.9998c,T(秒) 1.01 1.15 1.67 2.29 7.1 22.4 50,四、时空相对性的实验验证,根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得慢,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
4、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,当两个参考系的相对速度可与光速相比时，时间与空间的相对性才比较明显,狭义相对论的结论已经完全得到证实，实际上它已经成为微观粒子研究的基础之一,牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。 而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。 人类对于空间、时间更进一步的认识而形成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，不断发展、不断完善起来的。,五、相对论的时空观,小 结,一、“同时”是相对的 二、长度的相对性 三、时间间隔的
5、相对性,1.关于时间和空间,在学习狭义相对论后我们应认识到() 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,解析：选CD.经典物理学认为空间和时间是脱离物质存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的，在相对论力学中，时间和空间是和物质的运动相联系的只有在物质存在时才有空间和时间的概念，时间和空间是相互联系且是相对的,2下列对时空观的认识，正确的是() A以牛顿力学为基础的经典时空观，是完全错误的，无任何实用价值 B选择不同参
6、考系，光速大小是不同的 C假若将一走时准确的时钟，放在喷气式飞机上做环球飞行，一段时间后，该时钟的读数将小于地面上的基准钟的读数 D一把尺子的长度无论你如何测量，其结果都是不变的,解析：选C.在物体低速运动时和在宏观世界里，牛顿运动定律是适用的，A错误；根据狭义相对论结论可知C正确，B、D错误故本题应选C.,人马星座星是离太阳系最近的恒星,它距地球4.31016m,设有一宇宙飞船往返于地球与人马星座星之间,设宇宙飞船的速度为0.999c,按地球上的时钟计算,往返一次需多长时间?若以飞船上的时钟计算,往返一次的时间又为多少?(取1位有效数字),(2011年衡阳模拟)在地面上有一长100 m的跑道,运动员从起点跑到终点,用时10 s,现从以0.8c的速度沿跑道向前飞行的飞船中观察,跑道有多长?,