狹義相對論的基本原理教學設計【教學目標定位】1.了解狹義相對論的兩條基本公設。2.由伽利略變換和洛倫茲變換體會經典物理學的時空觀和狹義相對論的時空觀的不同。3.了解同時的相對性和相對論速度變換公式?！緦W情分析】學生已經學習了經典物理學的絕大部分基本知識，已經習慣了在經典時空觀下思考問題，對教材介紹的實驗理解，已有相關知識的支持。學習的難點在于新問題新結論的得出，因此教學中應注意把教學重點放在，邏輯推理的基礎和邏輯推理的過程上。【教學重點難點】1.狹義相對論的兩個基本假設。(重點)2.狹義相對論兩個基本假設的理解與應用。(難點)【教學方法】講授法+自主學習法【教學過程】慣性系：如果牛頓運動定律在某個參考系中成立，這個參考系就叫慣性系，相對一個慣性系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。一、基本知識1．狹義相對論的兩條公設為：愛因斯坦相對性原理和光速不變原理。2.同時的相對性經典物理學家認為同時是絕對的，與參考系無關，狹義相對論的時空觀認為同時是相對的，即在一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中不一定是同時的。3.相對論速度變換公式若高速運動的飛船相對于地球的速度為v，飛船上的某物體以速度u′沿著飛船前進的方向相對飛船運動，那么物體相對于地球的速度u＝eq\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2)).二、學習探究（一)狹義相對論的兩條公設問題設計：1．在伽利略變換中，時間和空間是否有關系，它們與物體的運動有無關系？答案：時間和空間是分離的。時間尺度和空間尺度跟物體運動無關，都是絕對的。2．面對電磁場理論與經典物理學之間出現(xiàn)的矛盾，愛因斯坦對時間和空間又是怎樣理解的？答案：愛因斯坦認為，空間和時間在本質上是統(tǒng)一的，空間和時間不是分離的。要點提煉：狹義相對論的兩個基本公設1．愛因斯坦相對性原理：在所有相互做勻速直線運動的慣性參考系中，物理規(guī)律都是相同的。2．光速不變原理：在所有相互做勻速直線運動的慣性參考系中，光在真空中的速度都是相等的。（二)洛倫茲變換、同時的相對性問題設計：如圖3所示，一列火車沿平直軌道飛快地勻速行駛，車廂中央的光源發(fā)出了一個閃光，閃光照亮了車廂的前壁和后壁．車上的人觀察到閃光同時照亮了前后壁嗎？地上的人怎么認為？圖3答案：車上的人認為閃光同時照亮了前后壁，地上的人認為先照亮后壁。要點提煉：1．洛倫茲變換公式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝\f(x′＋vt′,\r(1－\f(v2,c2))),y＝y(tǒng)′,z＝z′,t＝\f(t′＋\f(v,c2)x′,\r(1－\f(v2,c2)))))2．同時的相對性(1)經典物理學家認為：如果兩個事件在一個參考系中是同時發(fā)生的，那么在另一個參考系中觀察也一定是同時發(fā)生的。即同時是絕對的，與所在的慣性參考系無關。(2)狹義相對論的時空觀認為：同時是相對的，即在一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的兩個事件，在另一個慣性系中不一定是同時的，跟觀察者所選取的參考系有關。延伸思考：你能夠在v?c時，由洛倫茲變換得到伽利略變換嗎？答案當v?c時，公式x＝eq\f(x′＋vt′,\r(1－\f(v2,c2)))中的eq\f(v2,c2)很小近似為零，故x＝x′＋vt′；公式t＝eq\f(t′＋\f(v,c2)x′,\r(1－\f(v2,c2)))中eq\f(v,c2)也近似為零，則t＝t′。（三)相對論速度變換公式問題設計：一列火車正以v＝50m/s的速度高速行駛，列車內一乘客以相對列車u′＝5m/s的速度向前跑，站臺上的觀察者測得該乘客的速度是u＝v＋u′＝55m/s。若列車的速度是，乘客的速度是，那么站臺上的觀察者測得該乘客的速度為＋＝嗎？答案不是要點提煉：相對論速度變換公式1．公式：設高速行駛的火車的速度為v，車上的人相對火車以速度u′運動，人相對地面的速度為u，則eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(u＝\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2))人相對于車的運動方向與車同向,u＝\f(v－u′,1－\f(u′v,c2))人相對于車的運動方向與車反向))2．結論：光速c是物體運動速度的極限，且相對任何參考系，光速都是不變的．3．理解：若v?c，u′?c時，eq\f(u′v,c2)可忽略不計，即1±eq\f(u′v,c2)≈1，相對論速度合成公式可近似變?yōu)閡＝v±u′?！菊n堂小結】狹義相對論的基本原理eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(狹義相對論的兩條公設\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(愛因斯坦相對性原理,光速不變原理)),洛倫茲變換,同時的相對性：“同時”是相對的，跟觀察者所選,取的參考系有關,相對論速度變換公式：u＝\f(u′＋v,1＋\f(u′v,c2))))【課堂檢測】1．關于狹義相對論，下列說法不正確的是()A．狹義相對論認為在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的B．狹義相對論認為在一切慣性系中，光在真空中的速度都等于c，與光源的運動無關C．狹義相對論只涉及無加速度運動的慣性系D．狹義相對論任何情況下都適用答案D解析由狹義相對論原理可知D錯誤．2．下列關于經典力學的時空觀，正確的是()A．經典力學的時空觀中，同時是絕對的，即在一個參考系中的觀察者在某一時刻觀察到的兩個事件，對另一參考系中的觀察者來說也是同時發(fā)生的B．在經典力學的時空觀中，時間間隔是絕對的，即任何事件(或物體的運動)所經歷的時間，在不同的參考系中測量都是相同的，而與參考系的選取無關C．在經典力學的時空觀中，空間距離是絕對的，即如果各個參考系中用來測量長度的標準相同，那么空間兩點距離是絕對不變的量值，而與參考系的選取無關D．經典力學的時空觀就是一個絕對的時空觀，時間、空間與物體的運動無關答案ABCD解析由經典力學時空觀內容可知A、B、C、D正確．3．設想有一艘飛船以v＝的速度在地球上空飛行，如果這時從飛船上沿其運動方向拋出一物體，該物體相對于飛船