《《物理學(xué)教學(xué)課件》4-3-狹義相對(duì)論的時(shí)空觀》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《物理學(xué)教學(xué)課件》4-3-狹義相對(duì)論的時(shí)空觀（38頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 車廂內(nèi)的觀察者認(rèn)為是同時(shí)發(fā)生的，車廂內(nèi)的觀察者認(rèn)為是同時(shí)發(fā)生的，而地面上的觀察者卻發(fā)現(xiàn)不是同時(shí)的。而地面上的觀察者卻發(fā)現(xiàn)不是同時(shí)的。光速相光速相對(duì)于于車廂向前向后是相同的，向前向后是相同的，因此，因此，閃光光同同時(shí)到達(dá)到達(dá)車廂前后兩壁前后兩壁。而地。而地面上的面上的觀察者察者觀察，光速與參照系無關(guān)，察，光速與參照系無關(guān)，故相故相對(duì)地面的速度向前和向后仍然是相同地面的速度向前和向后仍然是相同的，但由于的，但由于車廂在向前運(yùn)在向前運(yùn)動(dòng)，所以，所以閃光光先先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁。到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁。結(jié)論結(jié)論 同時(shí)性具有相對(duì)意義同時(shí)性具有相對(duì)意義 沿兩個(gè)慣性系運(yùn)動(dòng)方向，沿兩個(gè)慣性系運(yùn)動(dòng)方向，不同地

2、點(diǎn)不同地點(diǎn)發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中發(fā)生的兩個(gè)事件，在其中一個(gè)慣性系中是是同時(shí)同時(shí)的，在另一慣性系中觀察則的，在另一慣性系中觀察則不同不同時(shí)時(shí)，所以同時(shí)具有，所以同時(shí)具有相對(duì)相對(duì)意義。意義。1）同）同時(shí)的相的相對(duì)性是光速不性是光速不變?cè)淼谋卦淼谋厝蝗唤Y(jié)果，它只果，它只發(fā)生在相生在相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)方向上方向上。2）在同一地點(diǎn)同）在同一地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，生的兩個(gè)事件，其同其同時(shí)性是性是絕對(duì)的的。3）具有因果關(guān)系的事件發(fā)生的時(shí)間順）具有因果關(guān)系的事件發(fā)生的時(shí)間順序是絕對(duì)的，因果關(guān)系不能顛倒。序是絕對(duì)的，因果關(guān)系不能顛倒。關(guān)于同關(guān)于同時(shí)的相的相對(duì)性，需性，需強(qiáng)強(qiáng)調(diào) 二二 時(shí)間的延緩時(shí)間的延

3、緩(動(dòng)鐘變慢動(dòng)鐘變慢)B系系同一同一地點(diǎn)地點(diǎn) B 發(fā)生兩事件發(fā)生兩事件時(shí)間間隔時(shí)間間隔 固有固有時(shí)間：同一地點(diǎn)同一地點(diǎn)發(fā)生的兩個(gè)事件的生的兩個(gè)事件的時(shí)間間隔，用隔，用 表示表示這里里。代入前式得代入前式得而而B時(shí)間延緩時(shí)間延緩：運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)的鐘走得慢的鐘走得慢.光信號(hào)在平面反射鏡之間往返一次所需的光信號(hào)在平面反射鏡之間往返一次所需的時(shí)間，時(shí)間，在地面系上測(cè)量的結(jié)果在地面系上測(cè)量的結(jié)果 比在火車系上比在火車系上的測(cè)量結(jié)果的測(cè)量結(jié)果 要長要長。由于兩平面反射鏡固定在火車上，光信號(hào)由于兩平面反射鏡固定在火車上，光信號(hào)從發(fā)出到被接受，火車系是靜止參照系，而地從發(fā)出到被接受，火車系是靜止參照系，而地面系是

4、運(yùn)動(dòng)參照系。這表明，面系是運(yùn)動(dòng)參照系。這表明，在運(yùn)動(dòng)參照系中在運(yùn)動(dòng)參照系中測(cè)量，事物變化過程的時(shí)間間隔變大了測(cè)量，事物變化過程的時(shí)間間隔變大了（相比（相比固有時(shí)間）。因此，這一效應(yīng)稱為固有時(shí)間）。因此，這一效應(yīng)稱為時(shí)間膨脹時(shí)間膨脹，也稱也稱運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩。注意注意 1 一個(gè)過程的固有時(shí)間只有一個(gè)，其數(shù)值一個(gè)過程的固有時(shí)間只有一個(gè)，其數(shù)值最小，而運(yùn)動(dòng)時(shí)間與物體相對(duì)于考察系的速度最小，而運(yùn)動(dòng)時(shí)間與物體相對(duì)于考察系的速度有關(guān)。有關(guān)。2 時(shí)間膨脹是相對(duì)的。時(shí)間膨脹是相對(duì)的。如果兩平面反射如果兩平面反射鏡固定在地面，固定在地面，則在地面參照系上在地面參照系上觀察，光信號(hào)察，光信號(hào)往返一次所需的

5、往返一次所需的時(shí)間 即即為固有固有時(shí)間 ，而在，而在火火車參照系上參照系上觀測(cè)到的到的時(shí)間 將膨?qū)⑴蛎洖榧椿疖囅瞪蠝y(cè)量的結(jié)果比地面系的結(jié)果要長即火車系上測(cè)量的結(jié)果比地面系的結(jié)果要長 3 時(shí)，時(shí)，.也就是說，在火車系上觀察靜止于地面上也就是說，在火車系上觀察靜止于地面上的時(shí)鐘變換慢了，而反過來，在地面系上觀察的時(shí)鐘變換慢了，而反過來，在地面系上觀察靜止于火車的時(shí)鐘也變慢了。這是相對(duì)的，也靜止于火車的時(shí)鐘也變慢了。這是相對(duì)的，也是對(duì)稱的。這種效應(yīng)是由于時(shí)間和空間本身的是對(duì)稱的。這種效應(yīng)是由于時(shí)間和空間本身的性質(zhì)所決定的，而與鐘的結(jié)構(gòu)和具體的運(yùn)轉(zhuǎn)無性質(zhì)所決定的，而與鐘的結(jié)構(gòu)和具體的運(yùn)轉(zhuǎn)無關(guān)。關(guān)。注意

6、注意 例例4 設(shè)想一光子火箭以設(shè)想一光子火箭以 速率相對(duì)地球作直線運(yùn)動(dòng)速率相對(duì)地球作直線運(yùn)動(dòng)，火箭上宇航員，火箭上宇航員的計(jì)時(shí)器記錄他觀測(cè)星云用去的計(jì)時(shí)器記錄他觀測(cè)星云用去 10 min,則則地球上的觀察者測(cè)此事用去多少時(shí)間地球上的觀察者測(cè)此事用去多少時(shí)間？運(yùn)動(dòng)的鐘似乎走慢了運(yùn)動(dòng)的鐘似乎走慢了.解解 設(shè)火箭為設(shè)火箭為 系、地球?yàn)橄?、地球?yàn)?S 系系afe0.弟弟 弟弟.哥哥哥哥花開事件：花開事件：花謝事件：花謝事件：（壽命）（壽命）在在S系中觀察者測(cè)量花的壽命是多少？系中觀察者測(cè)量花的壽命是多少？考察考察中的一只鐘中的一只鐘兩事件發(fā)生在同一地點(diǎn)兩事件發(fā)生在同一地點(diǎn)原時(shí)最短，動(dòng)鐘變慢原時(shí)最短，動(dòng)

7、鐘變慢若若 ，則則afe0.弟弟 弟弟.哥哥哥哥 在在S系中觀察者總覺得相對(duì)于自己運(yùn)動(dòng)的系中觀察者總覺得相對(duì)于自己運(yùn)動(dòng)的 系系的鐘較自己的鐘走得慢。的鐘較自己的鐘走得慢。afe0.弟弟 弟弟.哥哥哥哥結(jié)論：對(duì)本慣性系做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的鐘結(jié)論：對(duì)本慣性系做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的鐘 （或事物經(jīng)歷的過程）變慢。（或事物經(jīng)歷的過程）變慢。在在 系中觀察者總覺得相對(duì)于自己系中觀察者總覺得相對(duì)于自己運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的S S系的鐘較自己的鐘走得慢。系的鐘較自己的鐘走得慢。雙生子效應(yīng)雙生子效應(yīng) 火車的前端火車的前端a與后端與后端b分別分別通過隧道口通過隧道口A端所用的時(shí)端所用的時(shí)間，與火車的前端間，與火車的前端a分別分別通過隧道口通

8、過隧道口A端端和和B端所用的端所用的時(shí)間是否相同（火車及隧道的靜長均為時(shí)間是否相同（火車及隧道的靜長均為l0）a火火 車車bu隧道隧道A火火 車車abu火車火車a隧道隧道AB火車火車a討論：討論：車系車系地面參照系中測(cè)量到的時(shí)間是固有時(shí)間地面參照系中測(cè)量到的時(shí)間是固有時(shí)間按時(shí)間膨脹有按時(shí)間膨脹有即即a火火 車車bu隧道隧道A火火 車車ab火車參照系中測(cè)量到的時(shí)間是固有時(shí)間火車參照系中測(cè)量到的時(shí)間是固有時(shí)間地系地系按時(shí)間膨脹有按時(shí)間膨脹有即即u火車火車a隧道隧道AB火車火車a長度長度的測(cè)量和的測(cè)量和同時(shí)性同時(shí)性概念密切相關(guān)概念密切相關(guān)三、長度收縮三、長度收縮(動(dòng)尺變短動(dòng)尺變短)有一直尺固定于火車

9、系有一直尺固定于火車系內(nèi)，且沿軸放置。在火車內(nèi)，且沿軸放置。在火車系中測(cè)得的長度設(shè)為系中測(cè)得的長度設(shè)為 ，在地面系中測(cè)得的長度設(shè)在地面系中測(cè)得的長度設(shè)為為 。固有固有長度：物體相對(duì)靜止時(shí)所測(cè)得的長長度：物體相對(duì)靜止時(shí)所測(cè)得的長度度.（最長最長）這里，在這里，在 系系中測(cè)得棒的長中測(cè)得棒的長度為固有長度度為固有長度 若直尺的前端和后端相繼通過若直尺的前端和后端相繼通過地面某一標(biāo)地面某一標(biāo)記點(diǎn)記點(diǎn)的時(shí)間差為的時(shí)間差為 ，則在，則在地面系地面系中測(cè)得直尺中測(cè)得直尺的長度應(yīng)為的長度應(yīng)為 在火車系上觀察，在火車系上觀察，地面上的標(biāo)記點(diǎn)向左地面上的標(biāo)記點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)，相繼通過直尺運(yùn)動(dòng)，相繼通過直尺的前端的前端

10、 和后端和后端 時(shí)間時(shí)間差為差為 ，則在，則在車系車系中中測(cè)得直尺的長度應(yīng)為測(cè)得直尺的長度應(yīng)為 而而 則則 考慮到考慮到 得得 這里火車上測(cè)量的這里火車上測(cè)量的長度為固有長度，即長度為固有長度，即 得得討論討論u 將直尺固定在火車系上，在火車上觀察，直將直尺固定在火車系上，在火車上觀察，直尺的長度是原長，而在地面系上觀察，長度將收尺的長度是原長，而在地面系上觀察，長度將收縮，即在地面上觀察火車上的直尺變短了；同樣，縮，即在地面上觀察火車上的直尺變短了；同樣，如果將直尺固定于地面上，則在地面系上觀察，如果將直尺固定于地面上，則在地面系上觀察，直尺的長度是原長，而在火車系上觀察，長度將直尺的長度是

11、原長，而在火車系上觀察，長度將收縮，即在火車上觀察地面的直尺變短了，收縮，即在火車上觀察地面的直尺變短了，2 長度具有長度具有相對(duì)相對(duì)意義意義1 長度收縮長度收縮 l l0，固有固有長度最長。長度最長。在在S中的中的觀察者觀察者在在S中的中的觀察者觀察者 4）當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，與）當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體的速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)，與經(jīng)典時(shí)空觀的結(jié)論一致。經(jīng)典時(shí)空觀的結(jié)論一致。3）運(yùn)動(dòng)物體的長度收縮發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)物體的長度收縮發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上，在與相對(duì)運(yùn)動(dòng)垂直的方向上，的方向上，在與相對(duì)運(yùn)動(dòng)垂直的方向上，物體的長度不收縮。同時(shí)，長度收縮是測(cè)物體的長度不收縮。同時(shí)，長度收縮是測(cè)量的結(jié)果，而不是

12、某個(gè)人的視覺效果。量的結(jié)果，而不是某個(gè)人的視覺效果。例例1 設(shè)想有一光子火箭，設(shè)想有一光子火箭，相對(duì)相對(duì)于地球以速率于地球以速率 直線飛行，若直線飛行，若以火箭為參考系測(cè)得火箭長度為以火箭為參考系測(cè)得火箭長度為 15 m，問以地球?yàn)閰⒖枷?，此火箭有多長問以地球?yàn)閰⒖枷?，此火箭有多長？火箭參照系火箭參照系地面參照系地面參照系 原長為原長為10m的飛船以的飛船以u(píng)3103m/s的速率相對(duì)的速率相對(duì)于地面勻速飛行時(shí)，從地面上測(cè)量，它的長度是于地面勻速飛行時(shí)，從地面上測(cè)量，它的長度是多少？多少？差別很難測(cè)出。差別很難測(cè)出。例例2 長為長為 1 m 的棒靜止地放在的棒靜止地放在 平面內(nèi)，在平面內(nèi)，在 系

13、的觀察者測(cè)得此棒與系的觀察者測(cè)得此棒與 軸成軸成 角，試問從角，試問從 S 系的觀察者來看，系的觀察者來看，此棒的長度以及棒與此棒的長度以及棒與 Ox 軸的夾角是多少？軸的夾角是多少？設(shè)設(shè) 系相對(duì)系相對(duì) S 系的運(yùn)動(dòng)速度系的運(yùn)動(dòng)速度 .解解 在在 系系在在 S 系系 問題問題 一火車以恒定速度通過隧道，火車和隧道一火車以恒定速度通過隧道，火車和隧道的靜長是相等的。問：從地面與火車上分別看，當(dāng)?shù)撵o長是相等的。問：從地面與火車上分別看，當(dāng)火車的前端火車的前端a到達(dá)隧道的到達(dá)隧道的A端的同時(shí)，火車的后端端的同時(shí)，火車的后端b在隧道的在隧道的B端之內(nèi)還是之外。端之內(nèi)還是之外?；鸹?車車bau隧隧道道B

14、A在地面參照系在地面參照系S中看，火車長度要縮短。中看，火車長度要縮短。在火車參照系在火車參照系S中，隧道長度縮短。中，隧道長度縮短。所以：所以：從地面看從地面看，當(dāng)火車的前端，當(dāng)火車的前端a到達(dá)隧道的到達(dá)隧道的A端的端的同時(shí)，火車的后端同時(shí)，火車的后端b在隧道的在隧道的B端之內(nèi)端之內(nèi)。從火車看從火車看，當(dāng)火車的前端，當(dāng)火車的前端a到達(dá)隧道的到達(dá)隧道的A端的同時(shí)，端的同時(shí)，火車的后端火車的后端b在隧道的在隧道的B端之外端之外。火火 車車bau隧隧道道BA地面參照系地面參照系Su火火 車車ba隧隧道道BA 火車參照系火車參照系S 例例3 設(shè)想有一列火車以速率設(shè)想有一列火車以速率 通過站通過站臺(tái)時(shí)

15、臺(tái)時(shí),站臺(tái)上相距站臺(tái)上相距10米的兩機(jī)械臂同時(shí)在車米的兩機(jī)械臂同時(shí)在車廂上畫出兩道痕跡廂上畫出兩道痕跡,問在地面和火車上的觀問在地面和火車上的觀察者看來察者看來,這兩道痕跡的距離分別為多少這兩道痕跡的距離分別為多少?解解:在地面看來在地面看來:兩機(jī)械臂兩機(jī)械臂同時(shí)同時(shí)在車廂上在車廂上畫出兩道痕跡畫出兩道痕跡,故故在地面看在地面看這兩道痕跡的距這兩道痕跡的距離與兩機(jī)械臂的距離相同，即為離與兩機(jī)械臂的距離相同，即為10米。米。在火車上看在火車上看:火車車廂上的兩道痕跡的距離火車車廂上的兩道痕跡的距離 是原長是原長,故地面上看這兩道痕跡的距離故地面上看這兩道痕跡的距離 將將收縮。收縮。則則火車車廂上的兩道痕跡的距離火車車廂上的兩道痕跡的距離地面上測(cè)量車廂上兩道痕跡的距離收縮為地面上測(cè)量車廂上兩道痕跡的距離收縮為：