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测试一下你对相对论的理解程度 关键字：光速，相对论。同时的相对性，空间的相对性，时间的相对性， 参考系 先说一下同时的相对性，时间的相对性，空间的相对性的概念。（可略过，直看四后边的。） 一同时的相对性假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶.车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是两个事件.车上的观察者认为两个事件是同时的.在他看来这很好解释，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁（图甲）.车下的观察者则不以为然.他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁.他的解释是：地面也是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时刻也就晚些（图乙），这两个事件不同时.【1】 二 通过"光钟"一类理想实验，可以揭示出时间的特性为了测量时间，研究它的特性，用通常实物所构造的钟（包括单摆、地球绕太阳的公转、晶体或原子的振动等）是不合适的，因为这样一来，必须同时研究构成钟的物质的存在对时间特性的影响，从而使问题复杂化。为此，爱因斯坦设计了如图所示的"理想实验"，其中所用的钟不含任何部件，唯一运用的是光的运动，而爱因斯坦认为，光的运动速度对于不同惯性系观察者来说，是绝对相同的，大家知道，"理想实验"在物理学发展中常常起到关键性作用，伽利略用理想实验揭示了物体的惯性，为牛顿力学的建立打下了基础。爱因斯坦利用"光钟"、"光尺"所做的理想实验，揭示了时、空的相对性，建立了作为现代物理学两大支柱之一的相对论。设想在一列以速度v 作匀速直线运动的列车上，有位旅客对准竖直上方h高处的一面反光镜打出激光束，对于他以及所有列车上的人（称为"静系"）来说，这束激光从发出至回到光源位置［见图(a)］作为"滴答"一次的时间间隔为t0=2h/c。
现在要问，地面上的观察者将怎样看待这个测量结果？从地面上看，这是一只运动的"光钟"，在光传播过程中列车向前行进了一段距离，因此地面上的人（称为"动系"）认为，这只光钟"滴答"一次的过程中光束是沿路径ABC传播的［见图（b）］，它所通过的路程大于2h，如果光速仍然是c，那么在他们看来，这只运动光钟"滴答"一次的时间△t就会长些。进一步应用勾股定理，可得到定量关系： ，注意到 ，所以△t >△t0。此结果表明：运动的钟变慢了。【2】 三 空间相对性与时间相对性密切有关如果承认"时间是相对的"便可立即得到一个推论："空间是相对的"。因为，当人们用钟和尺做测量光速的实验时，运动的钟与静止的钟相比，走得慢些，所以沿运动方向的动尺的长度（l）与静尺（l0）相比，必然按同样的比例缩短 以便保证光速不变。可见，空间相对性与时间相对性密切有关。而且根据爱因斯坦的观点，光速不变性是人类通过长期实践所认识到的大自然的一个基本法则，时空的相对性只是这个基本法则的必然结果。【3】 四 合运动与分运动 如果物体同时参与了两种运动，那么物体实际发生的运动叫做那两种运动的合运动，那两种运动叫做这个实际运动的分运动。 ①运动的独立性：分运动之间是互不相干的，即各个分运动均按各自规律运动，彼此互不影响。因此在研究某个分运动的时候，就可以不考虑其他的分运动，就像其他分运动不存在一样。 ②运动的等时性：各个分运动及其合运动总是同时发生，同时结束，经历的时间相等；因此，若知道了某一分运动的时间，也就知道了其他分运动及合运动经历的时间；反之亦然。 ③运动的等效性：各分运动叠加起来的效果与合运动相同。 ④运动的相关性：分运动的性质决定合运动的性质和轨迹。【4】 你是如何理解同时的相对性的？运动的合成与分解，合运动与分运动中，合运动与分运动总是同时发生，同时结束的。这里的同时你是怎么理解的？是说相对于一个参考系内成立，而相对于另一参考系不成立？还是在所有的参考系看来都成立？ 空间的相对性，为什么在垂直物体运动方向上空间不收缩？‘空间在垂直物体运动方向上空间不收缩'用到同时的相对性中会怎么样？时间的相对性与同时的相对性有什么关系？ 自由落体运动与平抛运动为什么同时落地？分运动为什么互不影响？不在一条直线上的运动可以合成，在一条直线上的运动或平行方向的运动就不能合成了？例如小船渡河问题。运动兑换成问题与同时的相对性问题相互矛盾？ 根据空间的相对性中，垂直与物体运动方向的空间不收缩，可用到同时的相对性中。在同时的相对性中，通常描述的是一中两个钟表与物体运动方向在一条直线或平行线上的情况。还有另一种放法，垂直放法。两个钟表竖着放，两表连线与运动方向垂直。怎么分析呢？这里有可以借鉴的地方。在时间的相对性中如上面二中，表示不同观察者看到的情况。由此我们得出，同时的概念对于不同的参考系是一样的。 小船渡河 在流动的河水中渡河的轮船的运动可以分解为两个运动：假设轮船不开动，轮船随水流一起向下游运动；假设河水不流动，轮船相对河水的运动。----我发现物体的运动是对于参考系的运动不假，同时也是对于参考系所描述的空间的运动。而‘物体对于参考系的运动，参考系对于另一参考系的运动，在另一参考系看来，物体的运动'中，物体就相当于轮船，空间相当于河水。如果流动的河水是对于岸边说的，那么另一参考系就相当于岸边，那么空间的运动就是相对于‘另一参考系'说的。或说另一参考系描述的空间说的。这样看来不太的参考系对于不同的空间。空间是相对运动的。并且空间与参考系是静止的，这样才会有空间的相对运动。【5】详细见《空间的本质》 物体的运动，可以看成空间不动，物体经过空间；也可以看成，物体不动，空间在运动，造成物体处在空间的不同位置。 这样由于空间与参考系是相互静止的，不同参考系的空间是相对运动，我们就可以分析运动的合成中为什么合运动与分运动同时到达了。例如自由落体运动与平抛运动，虽然在水平方向，平抛运动是运动的，但在竖直方向自由落体运动与平抛运动经过的空间一样，不存在空间的相互运动，所以分运动与合运动同时到达。 如果你认为可以从光速可变的角度考虑问题，可以自己分析一下。对于运动，时间，空间的认识见前面的文章。 【1】《同时的相对性》宝坻教研网；【2】【3】《时间和空间的相对性》网上物理教学徐在新；【4】网上《合运动与分运动》马老师】【5】《空间的本质》吴兴广百度文库 吴兴广2013-2-3 22:49:03
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