【新教材精创】5.2 相对论中的神奇时空 课件（2）-鲁科版高中物理必修第二册（共33张PPT）

鲁科版 必修第二册 5.2相对论中的神奇时空 第五章 科学进步无止境 一.时间延缓效应 经典时空观认为，时间是绝对时间，就像一条长河，源源不断地从过去到现在直至将来，与运动无关。而相对论时空观则认为，当时钟相对于观测者静止时，时钟走得快些； 当时钟相对于观测者高速运动时，观测者则认为时钟变慢了。 分析： 在此过程中，车上的钟走过的时间为 ，称固有时. 静止在地面上的观察者看来，由于列车在高速行驶测得该 过程经历的时间为 设车厢高度为h，列车行驶速度为v,则 【答案】C时钟走最慢，A走最快。 例1：A、B、C是三个完全相同的时钟，A放在地面上，B、C分别放在两个火箭上，以速度vB和vC朝同一方向飞行， vB<vC，地面上的观察者认为哪个时钟走得最慢？哪个走得最快？ 例2.有一对孪生兄弟，在20岁时，哥哥从地球出发乘飞船运行10年后，哥俩的年龄各是多少？（已知飞船速度 ） 解：以地面为k系，飞船为k'系。 a f e 0 . 弟 弟 . . 哥 哥 哥哥测的是原时 弟弟测的是两地时 孪生子祥缪twin paradox a . . 慢 慢 . . 哥哥20.5岁和弟弟30岁. 到底那只钟变慢？ 根据狭义相对论时间延缓可知 由动钟变慢产生了“孪生子佯谬”。这个问题的关键是周游天外的哥要回到出发点。倘若哥的飞船仅仅作匀速直线运动，是办不到这一点的。哥的飞行路线必然是有来有去，或是转一个圈子；在此在弟看来，哥是在作有速度变化的运动，当然，在哥看来，弟相对于他也在作变速运动。按照动钟变慢的理论，弟看飞船钟变慢，哥看地球钟变慢这种对称性，只有当弟和哥之间的相对运动是匀速直线运动时才能保持。一旦出现了变速的相对运动，就不能使用这个对称性了。即这种情况超出狭义相对论的理论范围,按照广义相对论来讨论,这种现象是能够发生的。 1971年美国科学家将精确度极高的铯原子钟放在飞机上,沿赤道向东和向西绕地球一周,回到原处后,分别比静止在地面上的钟慢59纳秒和快273纳秒(1纳秒等 于10-9秒)。因为地球以一定的角速度从西往东转,地面不是惯性系,而从地心指向太阳的参考系是惯性系。飞机的速度总是小于太阳的速度,无论向东还是向西,它相对于惯性系都是向东转的,只是前者转速大,后者转速小,而地面上的钟转速介于二者之间。上述实验表明,相对于惯性系转速愈大的钟走得愈慢,这和孪生子问题所预期的效应是一致的。上述实验结果与广义相对论的理论计算比较,在实验误差范围内相符。因而,我们今天不应再说“孪生子佯谬 ”而应改称孪生子效应了。 例3.(多选)一列很长的火车在沿平直车道飞快地匀速行驶，车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到车厢的前壁和后壁。对这两个事件说法正确的是(　　 ) A.车上的观察者认为两个事件是同时的 B.车上的观察者认为光先到达后壁 C.地面上的观察者认为两个事件是同时的 D.地面上的观察者认为光到达前壁的时刻晚些 AD 对运动长度的测量问题 怎么测？同时测 将杆固定在x轴上。 在K'系中杆的长度为： K系中杆的长度是： 利用洛仑兹变换式有： 二.长度收缩效应 杆相对于观察者静止时测得的长度叫原长也称静长。 杆相对于观察者运动时，在运动方向上测得的长度缩短。这种现象称为长度收缩。 （2）尺缩效应只在相对运动方向上发生； 原长最长 （1） 讨论 在K中的观察者 在K'中的观察者 （3）相对效应 结论： 从对物体有相对速度的参考系中所测得的沿速度方向的物体长度，总比与物体相对静止的参考系中测得的长度（称为固有长度或本征长度或原长）为短。即相对静止测得的物长最长。 记住：原长（固有长度）最长； 经典时空观： 相对论时空观： 空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和物质运动三者没有联系。 a.时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质 运动是不可分割的。 b.不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现 对方的钟走慢了。 相对性与绝对性 c.不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现 对方的“尺”缩短了。 d.作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体 的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同， 而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。 e.光在任何惯性系中传播速度都等于 C ，并且是 任何物体运动速度的最高极限。 记住： 固有长度（原长）最长 固有时间（原时）最短 动尺变短 动钟变慢 例4.在一个飞船上测得船的长度为100 m，高度为10 m，当飞船以0.60c的速度从你身边经过时，按你的测量，飞船的高度和长度各为多少？ 答案　10 m　80