1、2020-2021學年高中物理 第5章 科學進步無止境 第1節 初識相對論教案 魯科版必修第二冊2020-2021學年高中物理 第5章 科學進步無止境 第1節 初識相對論教案 魯科版必修第二冊年級：姓名：- 5 -第1節 初識相對論本節內容是學習完經典力學以后所做的介紹性質內容，它可以拓展學生的知識面、展示科學探究的無限可能，建立科學思想、科學的思維方法，培養科學精神，在情感、態度與價值觀方面發揮應有的教育功能。 【物理觀念】了解靜電力學的相對性原理，了解牛頓的絕對時空觀；了解邁克爾孫-莫雷實驗對經典物理學造成的困難。【科學思維】知道科學推理與大膽想象的重要性；知道創新對科學進步的重要意義。【

2、科學探究】在可靠的實驗事實基礎上，進行科學推理、合理假設等科學研究方法的重要性。【科學態度與責任】通過學習，體會在科學研究中不放過絲毫疑惑、窮根究理的態度和責任。【教學重點】對狹義相對論的兩個基本原理內容的了解及對科學推理、合理假設的科學研究方法的理解。【教學難點】對狹義相對論的兩個基本原理內容的了解。【導入新課】激趣誘思：什么是時間？什么是空間？時間和空間有什么性質？經典物理學對這些問題并沒有正面回答。但是從它對問題的處理上，我們體會到經典物理學認為空間和時間是脫離物質而存在的，是絕對的，空間與時間之間也是沒有聯系的。那么，相對論的時空觀是否也這樣認為呢？【新課講授】 19世紀末物理學取得了

3、巨大的成就：牛頓力學 、 熱力學 、統計物理學 、 電磁場理論形成了完整的物理學體系，并被贊譽為：“一座莊嚴雄偉的建筑體系和動人心弦的美麗廟堂” 在1900年英國皇家學會的新年慶祝會上，著名的物理學家，威廉湯姆孫，回顧了物理學在過去幾百年中的發展，充滿自信地宣稱：科學的大廈已經基本完成，未來的物理學家只要做一些修修補補的工作就可以了。 但同時他也承認“明朗的天空中還有兩朵小小的、令人不安的烏云”。與黑體輻射有關-促進量子理論誕生；與光速問題有關-相對論誕生。正是這兩朵小小的烏云，沖破了經典物理學的束縛，打消了當時絕大多數物理學家的盲目樂觀情緒，為后來建立近代物理學的理論基礎作出了貢獻。一、經典

4、時空觀 描述一個物體的運動必須選擇一個參考系，然后研究這一物體相對于參考系是如何運動的。1.所有相對于慣性系做勻速直線運動的參考系都是慣性系。 牛頓運動定律成立的參考系2.對于所有的慣性系，力學規律都是相同的，或者說，一切慣性系都是等效的，這一結論稱為伽利略相對性原理。3.經典時空觀（絕對時空觀）： 時間和空間彼此獨立、互不關聯，且不受物質或運動的影響。4.經典力學的幾個基本結論 同時的絕對性 時間間隔的絕對性 空間距離的絕對性【絕對時空觀的速度合成】當拋出的物體與汽車的行駛速度同向時, 觀察者認為小球的速度為v2 +v1當拋出的物體與汽車的行駛速度反向時, 觀察者認為小球的速度為v2 -v1

5、5.經典時空觀的困惑但是實驗現象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的光速恒定的特性，同運動的相對性原理之間似乎產生了矛盾？由于受牛頓絕對空間和絕對時間的觀念長期支配的影響，物理學界中多數人認為，光波的傳播介質是“以太”，這種介質密度極小、絕對靜止，充滿宇宙空間。思考：“以太”真的存在么？為此很多物理學家設計了一系列實驗，想要測出地球在“以太”中運動的速度。1887年的邁克耳孫莫雷實驗是最著名的一個：它們將一束光分成互相垂直的兩束，一束的傳播方向和地球運動方向一致，另一束和地球運動方向垂直，然后使它們發生干涉。如果不同方向上的光速有微小的差別，當兩束光互相置換（旋轉干涉儀）時干

6、涉條紋就會發生變化。由于地球在宇宙中運動的速度很大，希望它對光速能有較大的影響。 他們期待發現，這兩束光的傳播速度會有所不同，然而不管他們如何努力，精密的實驗得到的結果卻是兩束光的速度沒有預計的差別。【邁克耳孫莫雷實驗】實驗現象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的。“以太”是不存在的-牛頓經典力學受到沖擊愛因斯坦：“否認以太的存在”，認為不存在特殊的慣性參考系。無論是力學規律還是電磁規律，它們對任何慣性參考系都是一樣的。二、狹義相對論的兩個基本假設 1.相對性原理在不同的慣性參考系中，一切物理規律都是相同的。2.光速不變原理真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的 (與光源觀察者相對運動沒關系) 。對兩個基本原理的正確理解：自然規律不僅包括力學規律，還包括電磁學規律等其他所有的物理學規律；強調真空中的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 幾十年來科學家采用各種先進的物理技術測量光速，結果都不違背光速不變原理。三、課堂小結一、伽利略相對性原理 力學規律在任何慣性系