《愛因斯坦眼中的世界》參考教案

1/5§6-2愛因斯坦眼中的世界教學目標一、知識與技能：（1）同時的相對性（2）運動長度的收縮（3）時間間隔的相對（4）了解時空相對性的驗證（5）了解相對論時空觀與經(jīng)典物理時空觀的主要區(qū)別二、過程與方法：（1）理解同時相對性的推演過程（2）理解從“同時相對性”出發(fā)得出“運動長度和時間間隔的相對性”的過程三、情感態(tài)度和價值觀：（1）體會相對論嶄新的時空觀，體會相對論的建立對人類認識世界的影響。（2）辯證地看待經(jīng)典物理理論教學重點、難點從“同時”的相對性得出運動長度和時間間隔的相對性教學方法閱讀小結(jié)教學手段多媒體課件教學活動一、狹義相對論的兩條基本原理狹義相對論的兩個基本原理：狹義相對性原理——物理定律對于所有的慣性系都具有相同的形式②光速不變原理——在任何慣性系中，光在真空中的速度恒為c，與光源的運動和觀測者的運動無關對2個基本原理的正確理解：①自然規(guī)律不僅包括力學規(guī)律，還包括電磁學規(guī)律等其他所有的物理學規(guī)律；②強調(diào)真空中的光速光速不變指大小既不依賴于光源或觀察者的運動，也不依賴于光的傳播方向③幾十年來科學家采用各種先進的物理技術測量光速，結(jié)果都不違背光速不變原理。二、狹義相對論中的時間與空間1、“同時”的相對性知道“同時”的相對性是相對論兩個假設的直接推論。講解過程中要強調(diào)理解的出發(fā)點必須是兩個假設，否則無法理解。兩種情景中點發(fā)光情況1：對于運動的火車上同時發(fā)生的兩個事件，對于地面就不是同時的車上的觀察者認為光同時到達車廂的前后兩壁站臺上的觀察者認為光先到車廂后壁后到前壁講解關鍵：在各個參考系中光速都為c情況2：地面上同時發(fā)生的兩個事件，對于運動的火車也不是同時的利用相對運動原理，可假設車靜人動，人和地面相當于火車，結(jié)果與前面相似讓學生自己分析課本上的“思考與討論”2、長度的相對性（1）、要讓學生知道長度的相對性(動尺縮短)，是“同時”的相對性帶來的一個普遍的時空屬性，它與物體的具體組成和結(jié)構(gòu)無關，當物體運動速度越接近光速，這種收縮效應就變得越顯著。（2）、要講清利用嚴格數(shù)學推導可以得到洛倫茲變換的相對論長度收縮公式。（3）、要讓學生理解長度收縮公式的物理意義，必須注意參考系的選擇及參考系的運動狀態(tài)。3、時間間隔的相對性教學時要分析清楚“動鐘變慢”與同時的相對性的聯(lián)系，使學生知道運動的鐘變慢是同時的相對性帶來的時空屬性。①時間間隔的相對性可以通過長度的相對性的一些簡單例子加以說明。②要講清“動鐘變慢”(或時間膨脹)是兩個不同慣性系進行時間比較的一種效應，不要誤認為是時鐘的結(jié)構(gòu)或精度因運動而發(fā)生了變化。③教學中特別指出，運動時鐘變慢完全是相對的，由于兩個慣性參考系是平權的，在它們上面的觀測者都將發(fā)現(xiàn)對方的鐘變慢了。四、時空相對性的驗證根據(jù)相對論，時間在運動中會進行的比較緩慢，也就是說，在空間中高速移動的時鐘，比固定于地面上的時鐘走得慢．早在1941年，科學家通過對宇宙線的觀測證實了相對論的結(jié)論，美國科學家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計了宇宙線中μ子的數(shù)量，結(jié)果與相對論預言完全一致．1971年，科學家將銫原子鐘放在噴氣式飛機中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準鐘對照．實驗結(jié)果與理論預言符合的很好．這是相對論的第一次宏觀驗證．三、相對論的速度疊加由于時間和空間的相對性，對于物體的速度，在某一慣性系S’內(nèi)觀測，要用S’系的時間和空間坐標表示；在另一慣性系S內(nèi)觀測，要用S系的時間和空間坐標表示。這樣，速度疊加公式就不再是絕對時空的速度疊加公式了。假如S’和S兩系的坐標軸相平行，S’以速度ν沿x軸而運動，一質(zhì)點以u’相對S’沿x’軸而運動，則相對S，其速度u為這是相對論的速度疊加公式。如果u’＜c，則u＜c；如果u’＝c(光速)，則u＝c．與相對論的時空概念相協(xié)調(diào)。例1練習1一原子核以0.5c的速度離開一觀察者而運動。原子核在它運動方向上向前發(fā)射一電子，該電子相對于核有0.8c的速度；此原子核又向后發(fā)射了一光子指向觀察者。對靜止觀察者來講，（1）電子具有多大的速度；（2）光子具有多大的速度。四、相對論的時空觀牛頓物理學的絕對時空觀：物理學的空間與時間是絕對分離沒有聯(lián)系的，脫離物質(zhì)而單獨存在，與物質(zhì)的運動無關。而相對論認為：有物質(zhì)才