时间、长度的相对性(经典版)

二、运动时钟的变慢
二、运动时钟的变慢
v
M M
v
M
v
M
v
h
A A
cΔt 2 vΔt 2
cΔt h 2 vΔt 2
B
对于车厢内的人：t
对于车厢外的人： t
2h c 4h 2 c2 v2
t
t v 1 c
2
时间延缓效应并不 是说由于相对运动而使 钟发生了结构性变化， 是由于不同观测者进行 量度时引起的一种观测 效应。这种效应是相对 的。对于同一参考系， v=0，就不存在这种 效应了。
+ຫໍສະໝຸດ Baidu
时空相对性的实验验证
1966年用μ子作了一个类似于双生子旅游 的实验，让μ子沿一直径为14米的圆环运动再 回到出发点，实验结果表明运动的μ子的确比 静止的μ子寿命更长。
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。
小芳：（以站台为参考系） 车子是运动的，光速是不 变的，光同时向A和B前进，先 到达A，后到达B，用时不相同。 即闪光不是同时到达前、后壁。
一、同时的相对性
在一个参考系中是同时发生的两件事，在 相对于此参考系运动的另一个参考系中观测不 是同时发生，这就是“同时”的相对性。
u
车厢相对于站台的速率 越大，相隔的时间就越长， 在大到一定值时，这个差值 就大得不能忽略。
u
CD的距 离是多 少呢？
L0
小芳以站台作参考系
三、长度的相对性
一个物体相对于观察者静止时，它的长 度测量值最大。相对于观察者运动时，观察 者在运动方向上观测，它的长度缩短，速度 越快，缩得越短。即运动的尺子要缩短。
v0
v
例题
π 介子是一种不稳定的粒子，产生后很快转化成别 的粒子了，它的平均寿命是 2.6 108 s ，当它以0.99C 的速率在实验室中运动时，平均来说它“一生”中能跑 多远？
6.3 时间、长度的相对性
复习：
1.惯性参考系：
凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参 考系，简称惯性系。 2.伽利略相对性原理
对于所有的惯性系，力学规律都是相同的。
3.经典时空观（绝对时空观） 时间均匀向后，空间静止不动。
时间和空间彼此独立、互不关联，且不 受物质或运动的影响。
①相对性原理：
对于不同的惯性系，物理规律 （包括力学和电磁学）都是一样的。
u
假设一列火车在平直的轨道上 以速度u行驶、高速开过站台，在 车厢的正中有一闪光灯。现使该灯 发出一个闪光。闪光照到前、后壁， 是两件事。小明在车上观测，小芳 在站台上观测。他们认为这两个事 件是同时发生的吗？闪光是同时到 达前、后壁的吗？
小明：（以车厢为参考系）
车子是静止的，光速是不变的，光同时向A 和B前进，到达前、后两壁，用时相同。即闪光 同时到达前、后壁。 u
【答案】C时钟走得最慢， A走得最快。
【例题】以8km/s的速度运行的人造卫星上一只完好的 手表走过了1mim，地面上的人认为它走过这1mim “实 际”上花了多少时间？ t' 1 t 1 3.6 1010 min 2 2 【答案】
v 1 c 8 103 1 8 3 10
经典时空观 同时的绝对性
相对论时空观 同时的相对性 运动的时钟变慢 运动的尺子变短 质量随速度的增大而增大
主 时间间隔的绝对性 要 结 空间距离的绝对性 论
质量不变
主 时间和空间彼此独立, 时间和空间相互关联，质 要 互不关联，且不受物 量随物体的运动状态的改 内 质或运动的影响。 变而改变。 容
三、长度的相对性
u
CD的距 离是多 少呢？
还是在以速度u前进的 车厢中，现在要测量如图 CD两点间的距离，小明 用一根尺子如图放置，记 下两点坐标x1和x2，则 L0= x1-x2，可以求得。L0 是CD两点的静长。
L0
可是小芳测量就不一样了。
三、长度的相对性
对小芳来说： 先记下X1，后记下X2 时，车子已经向前走了一 段，她测得的L0比小明的 长；同理，若先记下X2， 后记下X1，测得的L0比小 明的短。总之，选择的惯 性参考系不同，测得的长 度不等，长度具有相对性。
t
t v 1 c
2
当v接近光速时， 这种偏差是非常大的。
二、运动时钟的变慢
时钟相对于观察者静止时走得快，相对于观察 者运动时，观察者会看到它变慢了，运动速度越快， 效果越明显，即运动着的时钟要变慢。
3:00 3:00 4:00 4:00
3:00
3:40
【例题】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？
注意：速度要接近光速时，相对论效应才会明显。
②光速不变原理：
光速与惯性系的选择无关。
概述：两种时空观得出的重要结论：
1、经典力学的几个基本结论
①“同时”的绝对性 ③空间距离的绝对性 ②时间间隔的绝对性 ④质量不随速度而变化
2、相对论时空观
①“同时”的相对性 ③运动尺子的缩短 ②运动时间变慢 ④运动质量的变大
一、同时的相对性
相隔一定距离发生的两件事，在一个参考 系中观测是同时发生的，在相对于此参考系运 动的另一个参考系中观测就可能不是同时，而 是一前一后发生的。