152時(shí)間和空間的相對(duì)性

1、如皋市薛窯中學(xué)09-10學(xué)年高二物理教學(xué)案15.2時(shí)間和空間的相對(duì)性學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解相對(duì)論的時(shí)空觀(guān)2了解狹義相對(duì)論的內(nèi)容學(xué)習(xí)過(guò)程活動(dòng)一： 了解“同時(shí)”的相對(duì)性1經(jīng)典的時(shí)空觀(guān)在同一個(gè)慣性參考系不同地點(diǎn)中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀(guān)察也是同時(shí)的。2相對(duì)論的時(shí)空觀(guān)“同時(shí)”具有相對(duì)性，即在同一個(gè)慣性參考系不同地點(diǎn)中同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)慣性系中觀(guān)察不是同時(shí)的。 當(dāng)堂訓(xùn)練例1地面上A、B兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，對(duì)于坐在火箭中沿兩個(gè)事件發(fā)生地點(diǎn)連線(xiàn)飛行的人來(lái)說(shuō)，如圖，哪個(gè)事件先發(fā)生？活動(dòng)二：了解“長(zhǎng)度”的相對(duì)性1經(jīng)典的時(shí)空觀(guān)一條桿的長(zhǎng)度不會(huì)因?yàn)橛^(guān)察者是否與桿做 而不同。2相對(duì)論的時(shí)空觀(guān)“長(zhǎng)度”也具

2、有相對(duì)性，一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比靜止的長(zhǎng)度要 ，在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上，桿的長(zhǎng)度 。3相對(duì)論中桿的長(zhǎng)度公式： ，其中l(wèi)0是靜止時(shí)桿的長(zhǎng)度，l是以速度v沿桿的方向運(yùn)動(dòng)的桿的長(zhǎng)度。這一效應(yīng)叫做“尺縮效應(yīng)”。例2（2008江蘇卷）慣性系s中有一邊長(zhǎng)為l的正方形，如圖所示，從相對(duì)s系沿x的方向以接近光速勻速飛行的飛行器上測(cè)得該正方形的圖象是（ ）活動(dòng)三：了解時(shí)間間隔的相對(duì)性1經(jīng)典的時(shí)空觀(guān)某兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀(guān)察，它們的時(shí)間間隔總是 的。2相對(duì)論的時(shí)空觀(guān)某兩個(gè)事件，在不同的慣性參考系中觀(guān)察，它們的時(shí)間間隔是 的，慣性系的速度越大，慣性系中的物理過(guò)程進(jìn)行的越 。非但如此，慣性系中的

3、一切物理過(guò)程都 了。3相對(duì)論中時(shí)間間隔公式： ，其中表示靜止慣性系中觀(guān)察的時(shí)間間隔，表示以速度v高速運(yùn)動(dòng)的參考系中觀(guān)察同樣兩件事的時(shí)間間隔。>，這一效應(yīng)叫做“時(shí)間膨脹”。例3+介子是一種不穩(wěn)定的粒子，平均壽命是2.6×10-8s（在自己的參考系中測(cè)得）。（1）如果此粒子相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室以0.8c的速度運(yùn)動(dòng)，那么在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量+介子的壽命多長(zhǎng)？(2) +介子在衰變前運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)距離？活動(dòng)四：時(shí)空相對(duì)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)空相對(duì)性的最早證據(jù)跟宇宙射線(xiàn)的觀(guān)測(cè)有關(guān)（1941年），宇宙射線(xiàn)是來(lái)自太陽(yáng)和宇宙深處的高能粒子流，它和高層大氣作用，又產(chǎn)生多種粒子，叫做次級(jí)宇宙射線(xiàn)，它們統(tǒng)稱(chēng)宇宙射線(xiàn)。次級(jí)宇宙線(xiàn)

4、中有一種粒子叫做子，壽命不長(zhǎng)，只有3.0s，超過(guò)這個(gè)時(shí)間后大多數(shù)子就衰變?yōu)閯e的粒子了。宇宙線(xiàn)中子的速度約為0.99c，所以在它的壽命之內(nèi)，運(yùn)動(dòng)的距離只有約890m。子生成的高度在100km以上，這樣說(shuō)來(lái)宇宙線(xiàn)中的子不可能到達(dá)地面，但在實(shí)際上，地面觀(guān)測(cè)到的宇宙線(xiàn)中有許多子，這只能用相對(duì)論來(lái)解釋。我們說(shuō)子的壽命為3.0s，這是在與它相對(duì)靜止的參考系中說(shuō)的，從地面參考系看，子在以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)，它的壽命比3.0s長(zhǎng)得多，在這樣長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，許多子可以飛到地面。如果觀(guān)察者和子一起運(yùn)動(dòng)，這個(gè)現(xiàn)象也好解釋?zhuān)@位觀(guān)察者看到，子的壽命仍是3.0s，但是大地正向他撲面而來(lái)，因此大氣層的厚度不是100km，由于

5、長(zhǎng)度的相對(duì)性，在他看來(lái)大氣層比100km薄得多，許多子在衰變?yōu)槠渌Ｗ又翱梢燥w過(guò)這樣的距離。相對(duì)論的第一次宏觀(guān)驗(yàn)證是在1971年進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)把銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)上作環(huán)球飛行，然后與地面上的基準(zhǔn)鐘對(duì)照.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合得很好。例4次級(jí)宇宙射線(xiàn)中有一種粒子叫子，壽命只有2.0s，其速度約為0.99c，在它壽命之內(nèi)運(yùn)動(dòng)的距離只有約890m，但它生成的高度在100Km以上，并且地面上能觀(guān)測(cè)到宇宙射線(xiàn)中有許多子，針對(duì)這一現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是（ ）A地面上的觀(guān)察者觀(guān)測(cè)到的子的壽命比2.0s長(zhǎng)得多，故能射到地面。B和子一起運(yùn)動(dòng)的觀(guān)察者觀(guān)測(cè)到的大氣層的厚度比100km薄得多，故能射到地面。C地面

6、上的觀(guān)察者觀(guān)測(cè)到的大氣層的厚度比100km薄得多，故能射到地面。D和子一起運(yùn)動(dòng)的觀(guān)察者觀(guān)測(cè)到的子壽命比大氣層的厚度比12.0s長(zhǎng)得多，故能射到地面。活動(dòng)五：了解狹義相對(duì)論的時(shí)空觀(guān)牛頓物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀(guān)：物理學(xué)的空間與時(shí)間是 、 、沒(méi)有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而獨(dú)立存在，與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。而相對(duì)論認(rèn)為：有物質(zhì)才有時(shí)間和空間，空間和時(shí)間與 有關(guān)。人類(lèi)對(duì)于空間和時(shí)間的進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)而形成的新的時(shí)空觀(guān)，是建立在新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和相關(guān)結(jié)論與傳統(tǒng)觀(guān)念不一致的矛盾基礎(chǔ)上，不斷發(fā)展、不斷完善起來(lái)的。【當(dāng)堂反饋】1若A、B兩火箭沿同一方向高速飛過(guò)地面的某處，vA>vB，兩火箭和地面該處各有一個(gè)完全相同的時(shí)鐘，則從地面上

7、觀(guān)察的結(jié)果正確的是（ ）A火箭A上時(shí)鐘走得最快B地面上的時(shí)鐘走得最快C火箭B上時(shí)鐘走得最快D火箭B上時(shí)鐘走得最慢2下列說(shuō)法正確的是（ ）A因?yàn)闀r(shí)間是絕對(duì)的，所以我們?cè)诓煌膮⒖枷抵杏^(guān)察到的時(shí)間進(jìn)程都是相同的B有物質(zhì)才有時(shí)間和空間C在一個(gè)確定的參考系中觀(guān)察，運(yùn)動(dòng)物體的空間距離與時(shí)間進(jìn)程跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)D空間與時(shí)間之間是沒(méi)有聯(lián)系的3有兄弟兩個(gè)，哥哥乘坐宇宙飛船以接近光速的速度離開(kāi)地球去遨游太空，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間返回地球，哥哥驚奇地發(fā)現(xiàn)弟弟比自己要蒼老許多，則該現(xiàn)象的科學(xué)解釋是（ ）A哥哥在太空中發(fā)生了基因突變，停止了生長(zhǎng)B弟弟思念哥哥而加速生長(zhǎng)C由相對(duì)論可知，物體速度越大，其上時(shí)間進(jìn)程越慢，生理進(jìn)程也越慢D這是神話(huà)，科學(xué)無(wú)法解釋4一根10m長(zhǎng)的梭鏢以某一相對(duì)速度穿過(guò)一根10m長(zhǎng)的管子，它們的長(zhǎng)度都是在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量的，如圖所示以下哪種更好地描述了