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在上世纪初,发生了三次概念上的革命,它们深刻地改变了人们对物理世界的了解,这就是狭义相对论(1905)、广义相对论(1916)和量子力学(1925)。AlbertEinstein1879–19551905年爱因斯坦发表狭义相对论1916年爱因斯坦发表广义相对论1900-1923年爱因斯坦提出光量子假设解释光电效应1.什么叫事件?任意一个具有确定的发生时间和确定的发生地点的物理现象。如,“一个粒子在某一时刻出现在某一位置”就是一个事件一、同时的相对性2.同时是相对的: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.狭义相对性原理:在所有惯性系中,物理定律的表达形式都相同。光速不变原理:在所有惯性系中,真空中的光速恒为C。甲和乙看到车厢中间灯光到达A、B两壁的先后是不一样的.甲的观察者认为光同时到达车厢的A、B两壁乙的观察者认为光先到车厢A壁,后到B壁思考1:从车厢中央的光源发出的闪光是否同时到达车厢A、B两壁?两个事件——光到达A光到达BBA结论:•1、“同时”不是绝对的,而是是相对的,它取决于观察者的运动状态•关键:在各个参考系中光速都为c•2、对于静止的观察者同时发生的两个事件,对于运动的观察者就是不同时的。•关键:相对运动两个事件——火车K上的人——地面L上的人——AB【思考2】同时发生光到达A壁;光到达B壁A先发生,B后发生二、长度的相对性(1)经典物理学认为,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)如果与杆相对静止的人认为杆长是,与杆相对运动的人认为杆长是,则两者关系为:201cvlll0l思考:为什么火车上の观察者的测量值L0总是比地面观察者の测量值L大?V·t1+L=c·t1②MN火车上的观察者看到M发出的光束后,经N反射,到M接受的时间为t0,火车上的观察者认为尺子是静止的:2L0=c·t0①L0MN地面观察者看到光束到N时,所用时间t1,在t1内,尺子向前运动了V·t1,L为地面观察者看到尺子长度:Lv·t1v·t2MN光束经N反射后到达M所用时间t2,在t2时间内尺子的M端向前运动了Vt2L=C·t2+v·t2③假设:地面观察者看到M发出的光束经N反射后M接受的时间为t,则有:t=t1+t2④联立①②③④可得:201cvll结论: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;在垂直运动方向上,杆的长度没有变化例:根据狭义相对论原理求一支长为30m的火箭以3km/s的速度从观察者的身边飞过时,(1)火箭的长度为多少?(2)如果火箭的速度为光速的1/2呢?解析:201cvlll205.01'ccll(1)当火箭速度为3km/s时,由狭义相对论公式得:代入数据可得:=30m(2)当火箭速度为0.5c时有,代入数据可得:'l=26m三、时间间隔的相对性(1)经典物理学认为,某两个事件,在不同的惯性参考系中观察,他们的时间间隔总是相同的(2)运动的人认为两个事件的时间间隔为△t0,地面观察者测得的时间间隔为△t,则两者关系为:20)(1cvtt高速运行的列车上,由车厢底部发出的闪光,对于车上的人来说,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.由光速不变原理便得到不同的时间间隔对于车厢内的人:对于车厢外的人:cht202224vcht201cvtt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.201cvtt201cvll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、相对论的时空观例:•1.(1)对某观察者来说,发生在某惯性系中同一地点、同一时刻的两个事件,对于相对该惯性系作匀速直线运动的其他惯性系中的观察者来说,它们是否同时发生?•(2)在某惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件,它们在其他惯性系中是否同时发生?•关于上述两个问题的正确答案是•A.(1)同时,(2)不同时B.(1)不同时,(2)同时•C.(1)同时,(2)同时D.(1)不同时,(2)不同时A
本文标题:高二物理 15.2时间和空间的相对性
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