时间和空间的相对性.ppt

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(优选)第二节时间和空间的相对性
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-1所示,以地面作为S参照系,火车为S’参照系,火车以速度ν向右运动。设有一束光在火车里沿车运行方向传播,速度为c’,按经典时空概念,在S系内测量此光束的速度应为c=c’+ν。这与光速不变原理相矛盾。为解决此矛盾必须改变经典的时空观念。
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狭义相对论的时空概念 爱因斯坦在研究电磁规律的同时,也分析了时间和空间的概念,指出了经典时空概念的局限性。研究时空的性质需要进行测量,光或电磁波是测量时空的唯一工具,从而是了解时空性质不可缺少的因素。以下,简单地介绍狭义相对论的时空概念。
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(1)“同时”的相对性->->
情况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
讲解关键:在各个参考系中光速都为c
情况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(利用相对运动原理)
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在相隔一定距离的两点发生的事件是否同时,需用光讯号来测量。爱因斯坦提供了一种测量方法,可以作为同时的定义。在两点连线的中点设立一光讯号的探测装置,在每个事件发生的同时各发射一光讯号,如果位于中点的探测装置同时接收到这两个光讯号,则这两个事件是同时发生的。如果不是同时发生的,也可以根据两光讯号到达的先后,来判断两事件发生的先后。
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一列火车以速度ν向右行驶,如图所示。A’和B’为车首尾处的两点,C’为A’和B’连线的中点。A和B是在事件发生时,地面上与A’和B’分别对应的两点,C为A和B连线的中点。车从左侧开来,当行至图示位置时,A和B各发射一光讯号,代表两个事件。如果在C点同时接收到这两个光讯号,则在地面上判断,两讯号是同时发生的。而火车向右行驶,设在车上C’点的探测装置必然先接收到A发出的光讯号。反之,如果A’、B’两点发出的两光讯号被C’点的装置同时接收到,则车内的观者认为A’和B’两讯号同时发出,而地面的观者必然认为B’处的光讯号比A’处的光讯号先发出。可见同时性是相对的,而不是绝对的。
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(2)长度的相对性->
v
车上的人看到的车厢的长度:
车外的人看到的车厢的长度:
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空间两点的距离,比如理想刚性杆的长度,当它静止时,称为静止长度,简称静长。有一刚性杆静止在火车内,沿车行进方向放置,其静长为l0。火车以速度ν运动,当地面上要测量随车一起运动的刚性杆长度时,需用地面上静止的尺同时读出刚性杆两端对准的刻度,这样测得的长度l要小于静长l0。这种效应称为运动距离的缩短,可以证明,
运动距离缩短的效应是相对的。火车里的人测量静止在地面上沿运动方向而放置的刚性杆长度,也小于其静长。
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,
问此尺以多大的速度接近观察者?
结束
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