高中物理第五章经典力学的成就与局限性2了解相对论教案2教科版必修2

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1、5.2了解相对论教学过程：复习引入：新课教学：相对论时空观的教学可分三个层次：狭义相对论的提出、相对论时空观、相对论对人类认识世界的影响。爱因斯坦为什么会提出狭义相对论的两条理论假设?这一问题既包含物理学发展过程中引起重大变革的实验发现，又蕴含了物理学家丰富的想像力、敏锐的洞察力以及富有探索性和创造性的思维特征。本节开篇直接指出：光在空间是如何传播的?对这一问题的研究和思考引发了物理学的革命，改变了人们的时空观；目的是交代理论变革的线索，教学时应使学生对19世纪末物理实验与理论的矛盾有所了解，可参见课程资源《以太危机》、《相对论“出世”》。教学中应结合教材图使学生理解光的传播与经典力

2、学的矛盾，使学生体会科学强调和尊重经验事实对理论的检验，实验验证是物理学的生命线。学生对相对论时空观的理解会有一定难度，教学的重点应放在理解“同时的相对性”。在师生进行讨论与交流活动时，要注意提示学生在光速不变和运动的相对性两条原理下思考问题．运动的相对性即某物对于一个惯性系来说是静止的，而对于另一个惯性系来说，却可能发生了运动，这是理解狭义相对论的前提，因为物质运动是在时间和空间中进行的，时间和空间是物质运动的形式；没有运动的相对性，就不会有时间和空间的相对性。所谓两个事件是同时的，意思是说：两件事的空间位置可以不同，但发生的时间是一样的．举一个例，每当广播电台在播送对钟信号的时候

3、，在不同地点的许多人都要对一下自己的钟或表．我们可以说，不同地点的人对钟动作是同时的．仔细分析，这个说法并不严格．因为电台发射的信号要经过一定的时间才能传到收音机那里．距离越大，传播时间越长，不同地点收到信号的时间，实际上并不完全一样．当然，由于电波速度很快，这种对钟方法产生的差别相当小，在日常生活中这种不严格性不会带来任何麻烦。注意同时的相对性是针对发生在不同地点的事件而言的．因为两个事件发生在不同地点、光信号的传递是两段不同的路程，这两个不同的过程才会相互比较．因为是两个基本点不同的地点，才会有是否同时接受到光信号的问题．如果两个事件发生在同一个地点(更准确地说是同一个点)，那这

4、两个事件光信号的传递就是相同的过程．在这种情况下，就不可能出现先后接收到光信号的问题，同时就是绝对的，与参考系的选择无关．比如，在教材图的例子中，如果我们把车厢里的前后两个门安装在一起，两个门面相贴，就像一个门的正反两面．那这两个门无论放在车厢内的什么位置，总是同时接到光信号，总是同时打开．无论车厢里的观察者，还是站台上的观察者，他们看到的都是两个门同时打开。视学生程度来把握对“同时的相对性”探讨的深度，可参见课程资源——《关于“同时”的概念》及《同时的相对性》。“运动的时钟变慢、运动的尺子缩短、物体质量随速度的增加而增大”这三种相对论效应利用教材插图进行解释。(1)运动的时钟变慢，

5、其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，钟的时间走得越慢；在与光速相等的时候，钟将似乎完全停止，时间就会停顿了．这种效应得到了实验的验证．f1971年，美国人把原子钟放到喷气式飞机上，当飞机绕地球飞行一周回到地面后，飞机上的原子钟与地面上的原子钟的读数出现了微小的差别，这个微小的差别主要是由相对论中的时钟变慢引起的．1喷气式飞机的速度毕竟不是很快，跟光速相比则差距更大．试想，若飞机的速度接近光速，那么时钟读数的差别将绝不会是微小的．高能量基本粒子的运动速度很高，非常接近光速．把测量到的静

6、止介子的衰变寿命，同实验测量到的高速运动介子的衰变寿命比较，就会发现运动介子的寿命确实比静止介子的寿命长了很多。(2)运动的尺子缩短．在对教材图5—2—6解释时，应注意指出左图中A尺相对于B尺静止，右图中A尺相对于B尺运动，在B尺看来A尺长度缩短，尺缩和钟慢一样，是对称的．即如果A、B之间有相对运动，那么，A看B的尺缩短了，B看A的尺缩短了．这个结论表示空间的大小并不是绝对的，而是相对的。即物体运动起来以后，运动的物体沿运动方向收缩，长度变短．例如，一列以速度v匀速前进的火车，从站台一端到达另一端时，按车站钟表计需要时间t1，站台长为v×t1；但是，按火车上乘客的手表计只需要时间t2

7、，站台长为v×t2．由于运动的时钟变慢，即t2小于t1，故v×t2小于v×t1．所以，乘客完全有理由得出这样的结论：站台缩短了．实际上在车站上的人看来站台却并没有缩短，但他们也同样有理由说，火车缩短了。这种现象绝不是一种光幻视，因为用任何测长仪器测量都会得出同样的结论．我们在平时看不到这种收缩现象．(只不过是由于在低速缓慢的运动中，这种现象不明显而已．事实上，即使物体运动的速度达到每秒3万千米，长度的收缩也不过是千分之五十．由此可见，时间、空间和运动的确是