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(完整word)相对论教学设计

选修3—4 第十五章 相对论简介

时间和空间的相对性教学设计

一． 教学背景
在学习本章节之前，学生们已经学过了牛顿的经典力学、电磁学及光学理论，对经典的力学空间有了一些了解，这对学习本章节有了很好的铺垫。本章主要讲的是爱因斯坦的相对论,它颠覆了经典的力学观，与学生之前所具有的观念有所不同，这对学生来说可能会难理解一些。而本节课是这章的第二节课，主要讲的是狭义相对论的时空特性.虽然学生在之前已经学过了相对论的一些基础理论和变换,但是这些特性与经典力学的结果截然不同，学生会很难理解。所以本节课的重点就是让学生理解这些特性.
二． 教学目标
知识与技能
1。了解经典力学时空观与相对论时空观的区别，体会相对论时空观的建立对人类认识世界的影响;
2.理解相对论的几个时空特性,即：“同时”的相对性，长度的相对性,时间间隔的相对性；
过程与方法
1.通过对爱因斯坦侠义相对论的研究过程的学习,了解一种物理思维方法，即面对一个问题，经过逻辑的推理，作出合理的假设；
2。 了解相对论时空特性的推理;
情感态度与价值观
实践是检验真理的唯一标准。爱因斯坦的相对论研究的是我们无法有亲身体会的高速运动的世界，因此学生很难理解以致获得清楚的认识.对此我们应该采取科学的态度对待它，而不是一味地排斥或回避。 
三． 教学重点
本节课的教学重点是推导相对论的时空特性。
四． 教学难点
本节课的教学难点是如何让学生理解相对论的时空特性.
五．教学方法
本节课主要以教师讲授为主。因为本节课主要以推导的方式让学生理解相对论的时空特性.
六． 教学过程
回顾知识：
1.狭义相对论基本原理
⑴.相对性原理；
⑵.光速不变原理。
2.洛伦兹变换

或者 其中 〉1,

进入新课（相对论时空特性）
1。“同时”的相对性
在经典力学中,我们认为在某个惯性系中同时发生的两个事件,在其他的参考系中也是同时发生的。例如：以地面为参考系，当放学铃刚开始响的时候，你的家人也刚开始做饭.以此时在此地上空运动的飞机为参考系，铃响和做饭也是同时的.但是在相对论的时空观中，两个参考系观察到的结果可能会是不同的！也许大家会有疑问，那么让我们带着疑问来论证这个观点！
推导过程：
应用公式：
现在令

相对静止参考系
相对运动参考系
事件A
，
，
事件B
,
,
那么,在相对运动的参考系中的时间差为
—=
不一定 0 不一定
“同时”的相对性告诉我们：在某个惯性系中被判定为同时发生的两个事件,在另一个惯性系中判定的结果可能会是不同的。
2.长度的相对性
在经典的力学时空观中，运动的物体的长度是不会发生变化的.但是在相对论的时空观中，运动的尺度将会收缩。让我们来推导一下这个结果！
推导过程:
应用公式：
现在令在相对运动的参考系中观察物体的长度(固有长度）
在相对静止的参考系中观察物体的长度 （运动长度）
也许大家会有疑问：为什么在相对运动的参考系中观察到物体的长度是固有长度？
下面我们举一个例子来解释一下:将一个长度一定的尺子放到一辆运动的车上,在车上的人观察这个尺子，虽然车是运动的，但是人相对于尺子却是静止的，所观察到的是尺子的固有长度。而在地面上站着的人看车上的尺子则是运动的,所以观察到的尺子是运动长度。
此外，无论在那个参考系测量物体的长度，都必须在同一时刻测量,所以，。
那么

0
所以,运动的尺度收缩。
思考：为什么我们看到路上行驶的车的长度没有发生变化?
答：，，运动的车的速度与光速相比几乎可以忽略不计,所以
,.
3.时间间隔的相对性
在经典力学中，时间间隔无论在哪个参考系中都是一样的。但是在相对论的时空中，不同参考系中的时间间隔将会发生变化。
推导过程：
应用公式：
现令在相对运动参考系中测量的时间间隔为,前后坐标
在相对静止参考系中测量的时间间隔为，前后坐标
解释坐标问题:我们用一个例子来说明一下，一辆运动的车的前窗上有个时钟，无论车走到哪里，时钟依旧还在车的前窗上，所以在相对运动的参考系中坐标位置是不变的；而此时在地面上站着的人，看车上的时钟则是运动的,所以前后坐标不相等。
那么

0
所以,也就是说运动的时间将会延迟.

思考：为什么在这个推导过程没有用这个公式呢？有这个公式能够推导出运动时间延迟这个结果么？这个问题就留作同学们的课后思考题!
七． 教学总结
本节课我们重要讲了相对论的时空特性，包括
1.“同时”的相对性；
2.长度的相对性；
3.时间间隔的相对性。
八.板书设计
时间和空间的相对性
一． ”同时“的相对性 二.长度的相对性 三。时间间隔的相对性 回顾知识：
静 动 一。相对论原理
A 动 动 二。洛伦兹变换
B 静 静
或者