物理人教版高二选修3-4名师导航_第十五章_2.时间和空间的相对性

2 时间和空间的相对性
名师导航
知识梳理
1.如果与杆相对静止的人认为杆长是L 1，与杆相对运动的人认为杆长为L ，则两者的关系是___________.
2.一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度______________.
3.狭义相对论指出了______________和______________的量度与参考系的选择有关.
知识导学
在学习本节知识之前，首先要对上节学过的相对论的诞生的有关知识进行复习.
本节的重点是时间和空间的相对性，学习时应注意结论的理解，不必在数量关系上下工夫，要注意逻辑关系的应用.
疑难突破
1.时间延缓效应的理解
剖析：时间延缓效应也叫钟慢效应.一个相对于我们做高速运动的惯性系中发生的物理过程，在我们看来，它所经历的时间比在这个惯性系中直接观察到的时间长.对于化学反应、生命过程等这一结论也是正确的.根据同样的道理，设一对孪生子，一人停在地面上，另一人乘飞船飞行，当回到地面时，两人站在一起，后者比前者年轻，这称为双生子效应.
2.长度收缩效应的理解
剖析：可以想象这样一幅图景：一列火车以接近光的速度从我们身边飞驰而过，我们感到车厢变短了，车窗变窄了……火车越快，这个现象越明显，但是车厢和车窗的高度都没有变化，车上的人有什么感觉呢？他认为车上的一切和往常一样，因为他和火车是相对静止的.但是，他却认为地面上的景象有些异常：沿线的电线杆间的距离变短了，面对铁路线的正方形布告牌由于宽度变小而高度未变竟成了窄而高的矩形…… 典题精讲
【例题】 一观察者测得运动着的米尺长0.5 m ，问此尺以多大的速度接近观察者？
思路解析：米尺的长度在相对静止的坐标系中测量为1 m ，当米尺沿长度方向相对观察者运动时，由于“长度收缩”效应，观察者测得尺的长度与相对运动的速度有关.
设尺的固有长度为L ，且L=1 m ，由“长度收缩”效应 L′=22)(1,)(1L
L c v c v
L '-=- v=2.6×108 m/s.
答案：2.6×108 m/s
绿色通道：由长度的相对性可知，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小，利用公式l=l 02)(1c v -可知长度的收缩量.
变式训练：一张宣传画5 m 见方，平行地贴于铁路旁边的墙上，高速列车以2×108 m/s 的速度接近此宣传画，这张画由司机观察将成为什么样子？
思路解析：与上题类似在垂直于相对运动的方向上，画的高度不变，由“长度收缩”效应： L′=2)(1c v L -=3.7 m.
答案：在相对运动的方向上长度为3.7 m ，在垂直相对运动的方向上画的高度不变.
问题探究
问题：有一个科幻故事：一个中年人乘坐接近光速的宇宙飞船，他在宇宙航行了很长的时间后回到了地球，当他到达地面上时，发现他的儿子已经是白发苍苍的老汉，而自己基本上没有发生大的变化.你觉得这个故事的科学道理在哪里？
导思：根据相对论的时间延缓效应，当飞船接近光速时，时间会变慢.公式是：
Δt=221c v
t -'
∆
时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的.飞船运行的速度越大，时间延缓效应越明显，人体新陈代谢越缓慢，因此以地球为惯性系，飞船里的时间变缓了.
探究：狭义相对论的时空观认为：同时是相对的.即在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中不一定是同时的.
根据爱因斯坦的时间延缓效应，当飞船接近光速时，时间会变慢.公式是： Δt=221c v
t -'
∆.时间变慢，生命过程和化学反应也随之变慢，人体的新陈代谢就变得缓慢，所以乘坐宇宙
飞船飞行的父亲看起来比他的儿子还年轻.。