第六章相對(duì)論青神中學(xué)高二備課組第六章相對(duì)論§6.1牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性§6.2狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)§6.3時(shí)間、長(zhǎng)度的相對(duì)性§6.4相對(duì)論的速度變換公式質(zhì)能關(guān)系本章主要內(nèi)容是狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)知識(shí)，包括它的理論假設(shè)、時(shí)間和空間的相對(duì)性，速度疊加公式和質(zhì)能公式。時(shí)空觀是人們對(duì)時(shí)間和空間的基礎(chǔ)觀點(diǎn)，隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展，在不同歷史時(shí)期人們有不同的時(shí)空觀，為了對(duì)比這些時(shí)空觀，在本章的第一節(jié)講述了經(jīng)典時(shí)空觀和伽利略速度變換，在第五節(jié)還介紹了一些關(guān)于廣義相對(duì)論的粗淺知識(shí)及宇宙演化的概略描述。除知識(shí)以外本章還介紹了相對(duì)論建立對(duì)人類思想包括科學(xué)世界觀的影響。相對(duì)論的一些內(nèi)容在《物理必修2》中講述經(jīng)典力學(xué)的局限性時(shí)已有提及，本章進(jìn)一步介紹了相對(duì)論的基本概念和人類自然界的逐步深入的過程，目的在于提高學(xué)生的現(xiàn)代科學(xué)素養(yǎng)，并激發(fā)學(xué)生的求知欲與創(chuàng)新思想。由于本章內(nèi)容離實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)太遠(yuǎn)，且難于用實(shí)驗(yàn)直接演示。所以本章教學(xué)上采取教師宣講的方式。又因?yàn)楸菊乱髮W(xué)生“知道”的知識(shí)點(diǎn)確實(shí)有些“怪異”，離學(xué)生原有的知識(shí)距離較大而且學(xué)時(shí)較少，所以就喲啊球教師自己要確實(shí)弄懂這些知識(shí)點(diǎn)的含義，然后以簡(jiǎn)要明確的方式，配合必要的示意圖，準(zhǔn)確的講給學(xué)生。本章各節(jié)的前后邏輯關(guān)系很強(qiáng)，教師要充分注意到這一點(diǎn)而有效地加以教學(xué)。本章簡(jiǎn)介本章內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)要求1.知道狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、基本原理和主要結(jié)論。2.了解經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀的主要區(qū)別，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響?！?.1牛頓力學(xué)中運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能：（1）使學(xué)生知道伽利略相對(duì)性原理（2）使學(xué)生知道經(jīng)典時(shí)空觀（3）使學(xué)生知道伽利略速度變換公式二、過程與方法：知道經(jīng)典時(shí)空觀和伽利略速度變換公式，以及伽利略相對(duì)性原理是相對(duì)論出現(xiàn)之前的物理學(xué)發(fā)展背景。三、情感態(tài)度和價(jià)值觀：辯證地看待經(jīng)典物理理論四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)伽利略相對(duì)性原理，以及伽利略速度變換教學(xué)活動(dòng)一、伽利略（牛頓力學(xué)）相對(duì)性原理問1：選擇不同的慣性參考系，觀察同一物體的運(yùn)動(dòng)，雖然測(cè)得的位置、速度、運(yùn)動(dòng)軌跡等會(huì)有不同，但遵循的力學(xué)定律是否相同呢？在學(xué)生進(jìn)行思考的基礎(chǔ)上，再利用“伽利略大船”來形象的說明相對(duì)性原理。

視頻：伽利略大船結(jié)論：在任何慣性參考系中，力學(xué)的規(guī)律都是一樣的，都可以用牛頓定律來描述。二、經(jīng)典時(shí)空觀問2：在不同的慣性系中對(duì)同一件事情經(jīng)歷的時(shí)間和同一個(gè)物體占有的空間即它的尺寸，測(cè)量得到的結(jié)果會(huì)相同嗎？結(jié)論：經(jīng)典時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間是脫離物質(zhì)而存在的、是絕對(duì)的，時(shí)間和空間是相對(duì)獨(dú)立沒有聯(lián)系的。三、伽利略速度變換由伽利略坐標(biāo)變換可求得速度變換公式。在一節(jié)相對(duì)地面以速率開行的車廂內(nèi)，小麗相對(duì)于車廂以速率向前跑時(shí)，則她對(duì)地的速率如果她相對(duì)車廂以速度向后跑時(shí)，則她對(duì)地的速率：地球上各方向的光速不同“以太”的假說§6.2狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)一.光速的伽利略速度變換未能被實(shí)驗(yàn)證實(shí)邁克耳遜—莫雷實(shí)驗(yàn)Maxwell電磁場(chǎng)方程組伽利略速度變換只有在“以太”中光沿各方向的光速都為CMaxwell方程組只在“以太”系中成立電磁規(guī)律不滿足力學(xué)相對(duì)性原理？力學(xué)規(guī)律滿足力學(xué)相對(duì)性原理？光源M1鏡M2鏡半反半透鏡邁克耳遜干涉儀移動(dòng)M1鏡觀察屏

干涉條紋M1M2邁克耳遜——莫雷實(shí)驗(yàn)假設(shè)：

“以太”相對(duì)太陽靜止c-vc+v

干涉條紋M1M2O邁克耳遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果預(yù)計(jì)干涉條紋移動(dòng)邁克耳遜——莫雷實(shí)驗(yàn)假設(shè)：“以太”相對(duì)太陽靜止1905年，A.Einstein首次提出了狹義相對(duì)論的兩個(gè)假設(shè)1.光速不變?cè)碓谒械膽T性系中，光在真空中的傳播速率為C。說明：

光速不隨觀察者的運(yùn)動(dòng)而變化

光速不隨光源的運(yùn)動(dòng)而變化

所有慣性系都處于平等地位，沒有任何理由選某一個(gè)參考系并把它置于特殊的與眾不同的地位。二.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)2.狹義相對(duì)性原理一切物理規(guī)律在所有慣性系中具有相同的形式說明：一切物理規(guī)律力學(xué)規(guī)律(1)

Einstein相對(duì)性原理

是

Newton力學(xué)相對(duì)性原理的發(fā)展討論(2)

光速不變?cè)砼c伽利略的速度合成定理針鋒相對(duì)§6.3時(shí)間、長(zhǎng)度的相對(duì)性

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：（1）同時(shí)的相對(duì)性；（2）運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的收縮；（3）時(shí)間間隔的相對(duì)；（4）了解時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證；（5）了解相對(duì)論時(shí)空觀與經(jīng)典物理時(shí)空觀的主要區(qū)別過程與方法：（1）理解同時(shí)相對(duì)性的推演過程男；（2）理解從“同時(shí)相對(duì)性”出發(fā)得出“運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性”的過程情感態(tài)度和價(jià)值觀：（1）體會(huì)相對(duì)論嶄新的時(shí)空觀，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。（2）辯證地看待經(jīng)典物理理論教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：從“同時(shí)”的相對(duì)性得出運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間間隔的相對(duì)性在經(jīng)典物理家的頭腦中，如果兩個(gè)事件在一個(gè)參考系中看來是同時(shí)的，在另一個(gè)參考系中看來也一定是同時(shí)的，但是如果接受愛因斯坦的兩個(gè)假設(shè)，我們會(huì)得出“同時(shí)是相對(duì)的”這樣一個(gè)結(jié)論。同時(shí)是相對(duì)的一、“同時(shí)”的相對(duì)性

車廂上的人和地面上的人看到車廂中間燈光到達(dá)前后車廂的先后是不一樣的．車上的觀察者認(rèn)為光同時(shí)到達(dá)車廂的前后兩壁站臺(tái)上的觀察者認(rèn)為光先到車廂后壁后到前壁課本P101思考與討論

結(jié)論：1、對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于地面就不是同時(shí)的

關(guān)鍵：在各個(gè)參考系中光速都為c

2、地面上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車也不是同時(shí)的

關(guān)鍵：相對(duì)運(yùn)動(dòng)二、長(zhǎng)度的相對(duì)性

v車上的人看到的車廂的長(zhǎng)度：車外的人看到的車廂的長(zhǎng)度：注意：長(zhǎng)度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上如上例中的X軸方向上，在Y軸方向上無長(zhǎng)度縮短效應(yīng)動(dòng)尺變短（空間收縮效應(yīng)）S′O′X′Y′OSXY●

結(jié)論

一條沿自身長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小斐克小伙劍術(shù)精，出刺迅捷如流星，由于空間收縮性，長(zhǎng)劍變成小鐵釘.三、時(shí)間間隔的相對(duì)性在站臺(tái)上看運(yùn)動(dòng)火車上的鐘在火車上看運(yùn)動(dòng)站臺(tái)上的鐘

高速運(yùn)行的列車上，由車廂底部發(fā)出的閃光，對(duì)于車上的人來說，閃光是在豎直方向反射的，而車廂外的人認(rèn)為被接收的反射光是沿斜線傳播的．由光速不變?cè)肀愕玫讲煌臅r(shí)間間隔對(duì)于車廂內(nèi)的人：對(duì)于車廂外的人：h相對(duì)速度與動(dòng)鐘延緩效應(yīng)

(τ=1s）V（米/秒）0.1c=3×1070.5c

0.8c0.9c0.99c0.999c0.9998cT(秒)1.011.151.672.297.122.450四、時(shí)空相對(duì)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)相對(duì)論，時(shí)間在運(yùn)動(dòng)中會(huì)進(jìn)行的比較緩慢，也就是說，在空間中高速移動(dòng)的時(shí)鐘，比固定于地面上的時(shí)鐘走得慢．

1971年，科學(xué)家將銫原子鐘放在噴氣式飛機(jī)中作環(huán)球飛行，然后與地面的基準(zhǔn)鐘對(duì)照．實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)言符合的很好．這是相對(duì)論的第一次宏觀驗(yàn)證．

早在1941年，科學(xué)家通過對(duì)宇宙線的觀測(cè)證實(shí)了相對(duì)論的結(jié)論，美國(guó)科學(xué)家羅西和霍爾在不同高度統(tǒng)計(jì)了宇宙線中μ子的數(shù)量，結(jié)果與相對(duì)論預(yù)言完全一致．

當(dāng)兩個(gè)參考系的相對(duì)速度可與光速相比時(shí)，時(shí)間與空間的相對(duì)性才比較明顯．

狹義相對(duì)論的結(jié)論已經(jīng)完全得到證實(shí)，實(shí)際上它已經(jīng)成為微觀粒子研究的基礎(chǔ)之一．

牛頓物理