1、选修3-4_15.2时间和空间相对性【学习目标】 1.知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论2.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论时空观的建立对人类认识世界的影响。3.通过实例，了解时间和空间的相对性，体会相对论时空观与低速世界情境的差异。【自主学习】 .爱因斯坦狭义相对论的两个原理是：（）._；（）._ _。.“同时”的相对性是指：在经典牛顿力中，物体对于不同的惯性坐标系的时间坐标和空间坐标，满足伽利略变换。而在这组变换下，位置、速度、是相对的，空间长度、时间间隔、运动物体的加速度是绝对的或不变的。同时性也是不变的，即相对于某一惯性参考系的两个事件是否同时发生也是不变的，相对
2、于某一惯性参考系同时发生的两个事件，相对于其他惯性参考系也必定是同时的，这就是牛顿的时空观中“同时”的绝对性。但“同时”的相对性指出：两个事件在一个惯性参考系中同时发生的，在其他惯性系中观测不再是同时的事件了，即“同时”不再是绝对的了，而是取决于观察者的运动状态。.长度的相对性是指： 相对于运动的物体（如杆或尺子），只有同时测量其两端坐标才能得出其长度，但由于同时的相对性，对两端坐标的测量存在着先后差别，在这期间物体运动了一段长度，所以测量出来的结果比“正确长度”变短了，只是在物体运动方向上长度收缩，长度收缩也是具有相对性的。“动尺缩短”也表明各个惯性参考系是平权的。.时间间隔是相对性是指：长
3、度的相对性，可以推出时间的相对性_;由洛伦兹变换可以推出时间间隔的相对性_。“动钟变慢”是两个不同的惯性系进行时间比较的一种效应，也是具有相对性的，由于两个惯性参考系是平权的，其中的观察者都将发现对方的时钟变慢了。）.时空相对性的验证：只有接近的时候，空间和时间测量的相对性才能比较明显，到目前为止的所有实验，都支持狭义相对论的结论，科学探究的结论是紧紧围绕着猜想与假设在进行发散性思维或逻辑思维演绎，如果能获得观测实验结果的支持名，就能将猜想和假设发展成为科学结论，最后上升为科学理论。.相对论的时空观：人类生活在低速运动世界里，长期习惯地接受和现成了经典时空观，人类相对空间、时间更进一步的认识而
4、现成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念下不一致的矛盾基础上，不断发展、不断完善起来的。新的科学理论并没有全盘否定经典物理学，经典物理学在其适用范围内（低速运动）仍然成立。【课堂学习】1.“同时”的相对性：经典的时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中观察也是 的。相对论的时空观：“同时”具有 ，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一惯性系中观察是 的。2.长度的相对性：经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做 而不同。相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总是比静止的长度 。在垂直运动方向上
5、，杆的长度 。相对论中杆的长度公式： ，其中L0是 ，L是 3.时间间隔的相对性：经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是 的。相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是 的惯性系的速度越大，惯性系中的物理过程进行得 。非但如此，惯性系中的一切物理过程都 了。相对时间间隔公式： ，式中表示 ，t表示 4.时空相对性的验证：1941年美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中子的数量，结果与相对论的预言完全一致。1971年，通过让在高空高速运动的铯原子钟和静止在地面上的铯原子钟进行比较，实验结果与相对论的理论预言也符合得很好。5.相对论的时空观：经典物理学认为空间和时间是脱离 而存在的，是 的，空间与时间之间也是 。相对论则认为空间和时间与 有关。6.A、B两架飞机沿地面上一足球场的长轴方向在其上空高速飞过，且vAvB，对于在飞机上的人观察结果，下列说法正确的是A.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的大B.A飞机上的人观察到足球场的长度比B飞机上的人观察到的小C.两飞机上的人观察到足球场的长度相同D.两飞机上的人观察到足球场的宽度相同7.某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为A.0.5c B.0.6c C.0.8c D.0.9c
