人教版物理選修3-4學(xué)案：15、2 時(shí)間和空間的相對(duì)性
編寫(xiě)人：曹樹(shù)春 審核:高二物理組
寄語(yǔ)：長(zhǎng)度的變短是相對(duì)的！
學(xué)習(xí)目標(biāo)：
（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)
學(xué)習(xí)重點(diǎn) 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
導(dǎo)讀：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．
學(xué)習(xí)過(guò)程：
B一、“同時(shí)”的相對(duì)性
下面我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例分析，來(lái)看看經(jīng)典物理和相對(duì)論對(duì)同時(shí)的理解有何不同。
車(chē)廂長(zhǎng)為L(zhǎng)，正以速度v勻速向右運(yùn)動(dòng)，車(chē)廂底面光滑，現(xiàn)有兩只完全相同的小球，從車(chē)廂中點(diǎn)以相同的速率v0分別向前后勻速運(yùn)動(dòng)，（相對(duì)于車(chē)廂），問(wèn)（1）在車(chē)廂內(nèi)的觀察者看來(lái)，小球是否同時(shí)到達(dá)兩壁？
分析：在車(chē)上的觀察者看來(lái)，
A球經(jīng)時(shí)間tA= = B球經(jīng)時(shí)間tB= = 因此兩球 到達(dá)前后壁。
在經(jīng)典物理學(xué)家看來(lái)，同時(shí)發(fā)生的兩件事在任何參照系中觀察，結(jié)果都是同時(shí)的，兩球也應(yīng)同時(shí)到達(dá)前后壁.這是我們?cè)谌粘Ｉ�活中得到的結(jié)論。
如果把上述事件換成兩列光的傳播，情況如何呢？
在車(chē)上的觀察者看來(lái)，閃光同時(shí)到達(dá)前后壁，在地上的觀察者看來(lái)，閃光先到達(dá)后壁.
這是為什么呢？
根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理，在不同參考系中一切物理規(guī)律都是相同的，這里勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律也一樣，據(jù)s=ct得t= ，車(chē)上觀察者看來(lái)s相同，c也一樣，所以t相同，而對(duì)地面的觀察者，光向后位移s�。▍⒁�(jiàn)課本圖15.2-1），而光速仍然不變，所以向后運(yùn)動(dòng)光需要較短時(shí)間到達(dá)后壁。
分析得不錯(cuò)，由此看來(lái)，根據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理和光速不變?cè)�理，我們自然�?huì)得出“同時(shí)是 的”這樣一個(gè)原理，也就是說(shuō)，在一個(gè)參考系中看來(lái)“同時(shí)”的，在另一個(gè)參考系中卻可能“不同時(shí)”。
那么為什么我們平時(shí)不能觀察這種現(xiàn)象呢？


B2．長(zhǎng)度的相對(duì)性
請(qǐng)大家看課本圖15.2－3，地面上的人看到桿的M、N兩端發(fā)出的光同時(shí)到達(dá)他的眼睛，他讀出N、M的坐標(biāo)之差為l，即地上的觀察者測(cè)到的桿長(zhǎng)。請(qǐng)大家考慮車(chē)上的觀察者是同時(shí)看到N、M兩端的閃光嗎？
不是同時(shí)看到，他看到N端先發(fā)出光，而M端后發(fā)出光。
原因：他認(rèn)為地上的人觀測(cè)的長(zhǎng)度就是投影圖中的N、M′間距，地上觀察者讀短了。因此車(chē)上觀察者測(cè)量的長(zhǎng)度l0比地上觀察者測(cè)量的長(zhǎng)度l長(zhǎng)，即l＞l0。正是因?yàn)橥瑫r(shí)的相對(duì)性導(dǎo)致了長(zhǎng)度的相對(duì)性。
嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)告訴我們l′和l之間有如下關(guān)系：
l=
由式可見(jiàn)總有l(wèi)＜l0。
一個(gè)桿，當(dāng)它沿自身方向相對(duì)于測(cè)量者運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)量者的測(cè)量結(jié)果如何？

若桿沿著垂直自身方向相對(duì)測(cè)量者運(yùn)動(dòng)呢？

如果一個(gè)人在地上量好一根靜止桿的長(zhǎng)度是l0，他將這根桿帶到以0.5c速度運(yùn)動(dòng)的飛船上，坐在飛船上測(cè)量這根桿的長(zhǎng)度又是多少？
應(yīng)該是 l0，可以從公式l=l0 求出。
這個(gè)結(jié)論對(duì)嗎？為什么？

B3．時(shí)間間隔的相對(duì)性（此部分內(nèi)容請(qǐng)重點(diǎn)看課本101頁(yè)）
根據(jù)公式 ，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得出：Δt=
式中 是與滴管相對(duì)靜止的觀察者測(cè)得的兩次滴下墨水的時(shí)間間隔，習(xí)慣上用希臘字母 表示。于是上式寫(xiě)成
Δt=
從上式可以發(fā)現(xiàn)哪一位觀察者感覺(jué)時(shí)間長(zhǎng)？

上式具有普遍意義。下面請(qǐng)大家計(jì)算一個(gè)問(wèn)題。
B一對(duì)孿生兄弟，出生后甲乘高速飛船去旅行，測(cè)量出自己飛行30年回到地面上，乙在地面上生活，問(wèn)甲回來(lái)時(shí)30歲，乙這時(shí)是多少歲？（已知飛船速度v= c）


A4．時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證
（1）1941年美國(guó)科學(xué)家 和 研究了在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中μ子的數(shù)量，結(jié)果與相對(duì)論的預(yù)言完全一致。
（2）宏觀的證據(jù)是 年的銫原子鐘的環(huán)球飛行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論符合得很好。
A5．相對(duì)論的時(shí)空觀
（1）經(jīng)典物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間和空間是 而存在的，是 的，時(shí)間與空間之間 聯(lián)系。相對(duì)論則認(rèn)為時(shí)間與空間之間與
有關(guān)，是 的。
（2）相對(duì)論更具有 性，經(jīng)典物理學(xué)可作為相對(duì)論在 時(shí)的特例，但它在自己的適用范圍內(nèi)還將繼續(xù)發(fā)揮作用。
反思小結(jié)：


15、2 時(shí)間和空間的相對(duì)性檢測(cè)卡
一、“同時(shí)”的相對(duì)性
1、對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車(chē)上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于 就不是同時(shí)的
2、地面上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的 也 不是同時(shí)的
二、長(zhǎng)度的相對(duì)性
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
相對(duì)論長(zhǎng)度收縮公式：l=
三、時(shí)間間隔的相對(duì)性
Δt=
四、課本問(wèn)題與練習(xí)
B1、

本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaoer/60347.html

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