2020-2021学年高中物理-第5章-科学进步无止境-第1节-初识相对论教案-鲁科版必修第二册.docx

2020-2021学年高中物理 第5章 科学进步无止境 第1节 初识相对论教案 鲁科版必修第二册

2020-2021学年高中物理 第5章 科学进步无止境 第1节 初识相对论教案 鲁科版必修第二册

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第1节 初识相对论

本节内容是学习完经典力学以后所做的介绍性质内容，它可以拓展学生的知识面、展示科学探究的无限可能，建立科学思想、科学的思维方法，培养科学精神，在情感、态度与价值观方面发挥应有的教育功能。

【物理观念】了解静电力学的相对性原理，了解牛顿的绝对时空观；了解迈克尔孙-莫雷实验对经典物理学造成的困难。
【科学思维】知道科学推理与大胆想象的重要性；知道创新对科学进步的重要意义。
【科学探究】在可靠的实验事实基础上，进行科学推理、合理假设等科学研究方法的重要性。
【科学态度与责任】通过学习，体会在科学研究中不放过丝毫疑惑、穷根究理的态度和责任。

【教学重点】对狭义相对论的两个基本原理内容的了解及对科学推理、合理假设的科学研究方法的理解。
【教学难点】对狭义相对论的两个基本原理内容的了解。

【导入新课】
激趣诱思：
什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么性质？经典物理学对这些问题并没有正面回答。但是从它对问题的处理上，我们体会到经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的。那么，相对论的时空观是否也这样认为呢？
【新课讲授】
19世纪末物理学取得了巨大的成就：牛顿力学 、 热力学 、统计物理学 、 电磁场理论形成了完整的物理学体系，并被赞誉为：“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”
在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，著名的物理学家，威廉·汤姆孙，回顾了物理学在过去几百年中的发展，充满自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，未来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。
但同时他也承认“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云”。
与黑体辐射有关------促进量子理论诞生；与光速问题有关------相对论诞生。
正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐观情绪，为后来建立近代物理学的理论基础作出了贡献。
一、经典时空观
描述一个物体的运动必须选择一个参考系，然后研究这一物体相对于参考系是如何运动的。
1.所有相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。 ——牛顿运动定律成立的参考系
2.对于所有的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的，这一结论称为伽利略相对性原理。
3.经典时空观（绝对时空观）： 时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。
4.经典力学的几个基本结论
①同时的绝对性 ②时间间隔的绝对性 ③空间距离的绝对性
【绝对时空观的速度合成】

当抛出的物体与汽车的行驶速度同向时, 观察者认为小球的速度为V2 +V1

当抛出的物体与汽车的行驶速度反向时, 观察者认为小球的速度为V2 -V1
5.经典时空观的困惑

但是实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．
光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间似乎产生了矛盾？
由于受牛顿绝对空间和绝对时间的观念长期支配的影响，物理学界中多数人认为，光波的传播介质是“以太”，这种介质密度极小、绝对静止，充满宇宙空间。
思考：“以太”真的存在么？
为此很多物理学家设计了一系列实验，想要测出地球在“以太”中运动的速度。1887年的迈克耳孙——莫雷实验是最著名的一个：它们将一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动方向一致，另一束和地球运动方向垂直，然后使它们发生干涉。如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换（旋转干涉仪）时干涉条纹就会发生变化。由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响。
他们期待发现，这两束光的传播速度会有所不同，然而不管他们如何努力，精密的实验得到的结果却是两束光的速度没有预计的差别。
【迈克耳孙——莫雷实验】

实验现象表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的。
“以太”是不存在的------牛顿经典力学受到冲击
爱因斯坦：“否认以太的存在”，认为不存在特殊的惯性参考系。无论是力学规律还是电磁规律，它们对任何惯性参考系都是一样的。
二、狭义相对论的两个基本假设
1.相对性原理
在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。
2.光速不变原理
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的 (与光源观察者相对运动没关系) 。
对两个基本原理的正确理解：
①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；
②强调真空中的光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向
③几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。
三、课堂小结
一、伽利略相对性原理
力学规律在任何惯性系中都是相同的
二、狭义相对论的两个基本假设
1、狭义相对性原理
在不同的惯性参考系，一切物理规律都是相同的
2、光速不变原理
真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。