人教版高中物理选修课件：时间和空间的相对性
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15.2 时间和空间的
事 件
车上的观察 者认为光同 时到达车厢
车厢 为参 考系
的前后两壁
车厢上的人 和地面上的 人看到车厢 中间灯光到 达前后车厢 的先后是不 一样的．
站台上的观察 者认为光先到
地面 为参
车厢后壁后到 考系
前壁
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
五、相对论的时空观
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。
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
它在100 km高的大气层上方根本不可能到达 地面，而我们却在地面找到了这100 km 高处 的来客，请大家分析原因。 因为μ子高速运动时的自身存在时间Δt′总是大 于地面观察到的时间ΔtFra Baidu bibliotek也就是它的寿命变长 了。
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
二、长度的相对性
v
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
车上的人看到的车厢的长度： 车外的人看到的车厢的长度：
车上观察者测量的长度l比地上观察者测量的长
度l0长，即l＞l0。正是因为同时的相对性导致了 长度的相对性。
经典时空观
相对论时空观
时间
天然存在；一分一秒地流逝； 与物质运动无关
空间 一个大盒子；物质运动的场所
联系
二者脱离，没有联系，独立存 在
适用范围
低速运动物体遵循经典物理学 规律
与物质存在与否及运动状态 有关
与物质存在与否及运动状态 有关
物质、时间、空间是紧密联 系的统一体
更有普遍意义，广泛适用
通过两个基本假设，推导出了“同时”的相对 性，长度的相对性，时间间隔的相对性。
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
时空相对性的奇妙图景都是在两个“假设”的基础上 推出的，它必须接受实验的检验，否则永远是猜想。 在微观世界，高速是普遍存在的，宇宙射线中的μ子的 行为为我们提供了有力的证据。
早在1941年，科学家通过对宇宙线 的观测证实了相对论的结论，美国科学 家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线 中μ子的数量，结果与相对论预言完全 一致．
思考与讨论
结论： 1、对于运动的火车上同时发生的两个事件， 对于地面就不是同时的
关键：在各个参考系中光速都为c 2、地面上同时发生的两个事件，对于运动 的火车也不是同时的
关键：相对运动
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在站台上看运 动火车上的钟
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在火车上看运 动站台上的钟
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
由光速不变原理便 得到不同的时间间隔
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．
根据爱因斯坦相对性原理，在不同参考系中一切物理 规律都是相同的，这里匀速运动规律也一样，据s=ct 得t=，车上观察者看来s相同，c也一样，所以t相同， 而对地面的观察者，光向后位移s小，而光速仍然不变， 所以向后运动的光需要较短时间到达后壁。
根据爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，我 们自然会得出“同时是相对的”这样一个原理， 也就是说，在一个参考系中看来“同时”的，在 另一个参考系中却可能“不同时”。
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对于车厢内的人： 对于车厢外的人：
h
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动尺变短（空间收缩效应）
SY
O
Y′ S′
O′ ●
X X′
注意：
长度缩短效应只发生在相对运动的方向上
如上例中的 X 轴方向上，在Y 轴方向上无 长度缩短效应
参考系的相对运动是长度缩短 的原因，即观察者与被测物间的 相对运动才是长度缩短的原因。
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那么为什么我们平时不能观察这种现象呢？
因为火车速度相对于光速来说太小，在光传 播的短时间内，火车位移不大，我们不能发 现这么短的时间差。如果火车速度接近光速， 这一现象一定很明显。
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相对与观察者： 沿着运动方向靠后的一些事件先发生。
在不同参考系中，时间 间隔是相对的
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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．
事 件
车上的观察 者认为光同 时到达车厢
车厢 为参 考系
的前后两壁
车厢上的人 和地面上的 人看到车厢 中间灯光到 达前后车厢 的先后是不 一样的．
站台上的观察 者认为光先到
地面 为参
车厢后壁后到 考系
前壁
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五、相对论的时空观
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。
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2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
它在100 km高的大气层上方根本不可能到达 地面，而我们却在地面找到了这100 km 高处 的来客，请大家分析原因。 因为μ子高速运动时的自身存在时间Δt′总是大 于地面观察到的时间ΔtFra Baidu bibliotek也就是它的寿命变长 了。
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二、长度的相对性
v
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车上的人看到的车厢的长度： 车外的人看到的车厢的长度：
车上观察者测量的长度l比地上观察者测量的长
度l0长，即l＞l0。正是因为同时的相对性导致了 长度的相对性。
经典时空观
相对论时空观
时间
天然存在；一分一秒地流逝； 与物质运动无关
空间 一个大盒子；物质运动的场所
联系
二者脱离，没有联系，独立存 在
适用范围
低速运动物体遵循经典物理学 规律
与物质存在与否及运动状态 有关
与物质存在与否及运动状态 有关
物质、时间、空间是紧密联 系的统一体
更有普遍意义，广泛适用
通过两个基本假设，推导出了“同时”的相对 性，长度的相对性，时间间隔的相对性。
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
时空相对性的奇妙图景都是在两个“假设”的基础上 推出的，它必须接受实验的检验，否则永远是猜想。 在微观世界，高速是普遍存在的，宇宙射线中的μ子的 行为为我们提供了有力的证据。
早在1941年，科学家通过对宇宙线 的观测证实了相对论的结论，美国科学 家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线 中μ子的数量，结果与相对论预言完全 一致．
思考与讨论
结论： 1、对于运动的火车上同时发生的两个事件， 对于地面就不是同时的
关键：在各个参考系中光速都为c 2、地面上同时发生的两个事件，对于运动 的火车也不是同时的
关键：相对运动
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
在站台上看运 动火车上的钟
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
在火车上看运 动站台上的钟
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
由光速不变原理便 得到不同的时间间隔
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．
根据爱因斯坦相对性原理，在不同参考系中一切物理 规律都是相同的，这里匀速运动规律也一样，据s=ct 得t=，车上观察者看来s相同，c也一样，所以t相同， 而对地面的观察者，光向后位移s小，而光速仍然不变， 所以向后运动的光需要较短时间到达后壁。
根据爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，我 们自然会得出“同时是相对的”这样一个原理， 也就是说，在一个参考系中看来“同时”的，在 另一个参考系中却可能“不同时”。
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对于车厢内的人： 对于车厢外的人：
h
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动尺变短（空间收缩效应）
SY
O
Y′ S′
O′ ●
X X′
注意：
长度缩短效应只发生在相对运动的方向上
如上例中的 X 轴方向上，在Y 轴方向上无 长度缩短效应
参考系的相对运动是长度缩短 的原因，即观察者与被测物间的 相对运动才是长度缩短的原因。
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
那么为什么我们平时不能观察这种现象呢？
因为火车速度相对于光速来说太小，在光传 播的短时间内，火车位移不大，我们不能发 现这么短的时间差。如果火车速度接近光速， 这一现象一定很明显。
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
相对与观察者： 沿着运动方向靠后的一些事件先发生。
在不同参考系中，时间 间隔是相对的
2020人教版高中物理选修3-4课件：15 .2 时间和空间的相对性(共25张PPT)
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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．