大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§11.1狹義相對論基本原理洛倫茲變換教學(xué)目標與要求：1.了解相對論的歷史背景；2.理解相對時空觀和絕對時空觀之間的不同，以及洛侖茲變換與伽利略變換的關(guān)系；3.理解狹義相對論的兩個基本原理；教學(xué)重點與難點重點：相對論的時空觀；難點：洛倫茲變換。教學(xué)設(shè)計：多媒體結(jié)合板書§11.1狹義相對論的兩個基本假設(shè)洛倫茲變換一．回顧伽利略變換和經(jīng)典力學(xué)時空觀1.經(jīng)典力學(xué)時空觀：絕對時空觀。2.伽利略變換：、兩慣性系，對應(yīng)軸平行，且、軸重合，時，兩坐標原點重合，慣性系相對慣性系以速度沿軸運動，則系中，系中，.伽利略坐標變換，，，。.伽利略速度變換，，，即.伽利略加速度變換二．介紹狹義相對論產(chǎn)生的歷史背景和實驗基礎(chǔ)麥克斯韋電磁場理論中的電磁規(guī)律與實驗結(jié)果之間的矛盾，邁克爾遜—莫雷實驗結(jié)果表明：不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恒定的，與伽利略相對性原理矛盾。§11.1狹義相對論的兩個基本假設(shè)洛倫茲變換一．狹義相對論的兩個基本原理1.光速不變原理：在任何慣性系中，光在真空的速率都相等。2.愛因斯坦相對性原理：物理規(guī)律對所有慣性系都是一樣的，不存在任何一個特殊的慣性系。二．洛倫茲變換1.洛倫茲時空坐標變換：，，，2.洛倫茲速度變換：；說明：.在相對論中，時空密切聯(lián)系在一起；.當(dāng)時，洛侖茲變換退回到伽利略變換；.若，則等式將毫無意義，任何物體相對于另一物體的速度不能大于等于光速，光速是一切實際物體的速度極限，光不能選作參考系；例題講解：教材P340例題11.1、11.2，習(xí)題練習(xí)：教材P353-354習(xí)題11.13、11.15課程思政融入點：1.懷疑精神：狹義相對論的建立是在對經(jīng)典物理學(xué)理論的懷疑和挑戰(zhàn)中產(chǎn)生的。在19世紀末，經(jīng)典物理學(xué)面臨著一些無法解釋的實驗現(xiàn)象，如邁克耳孫-莫雷實驗未能觀測到地球相對于以太的運動。這些實驗現(xiàn)象促使科學(xué)家們開始懷疑經(jīng)典物理學(xué)的絕對時空觀，并尋求新的理論解釋。愛因斯坦正是在這一背景下，通過對光速不變原理的深入研究和思考，提出了狹義相對論，從而解決了這些經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的問題。這一過程充分體現(xiàn)了懷疑精神在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要性。2.創(chuàng)新精神：狹義相對論的創(chuàng)立不僅是對經(jīng)典物理學(xué)理論的挑戰(zhàn)，更是對科學(xué)創(chuàng)新精神的彰顯。愛因斯坦在創(chuàng)立狹義相對論的過程中，展現(xiàn)出了非凡的創(chuàng)新能力和想象力。他通過引入全新的時空觀念和運動觀念，徹底改變了人們對物理世界的認知。這種創(chuàng)新精神不僅推動了物理學(xué)的發(fā)展，也為其他科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了重要的啟示和借鑒。3.實證精神：狹義相對論不僅僅是一個理論構(gòu)想，更是一個經(jīng)過嚴格實驗驗證的科學(xué)理論。在狹義相對論提出后，科學(xué)家們通過一系列的實驗和觀測，如穆斯堡爾效應(yīng)實驗、粒子加速器實驗等，驗證了狹義相對論的正確性。這些實驗和觀測不僅證明了狹義相對論的預(yù)言是準確的，也進一步鞏固了狹義相對論在物理學(xué)中的地位。這一過程充分體現(xiàn)了實證精神在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要性。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§11.2狹義相對論時空觀教學(xué)目標與要求：1.理解三個相對性效應(yīng)；2.掌握三個相對性效應(yīng)的分析；3.理解時序問題；教學(xué)重點與難點重點：三個相對性效應(yīng)；難點：時序問題的分析。教學(xué)設(shè)計：多媒體結(jié)合板書§11.2狹義相對論時空觀一．“同時”的相對性（介紹愛因斯坦的思想實驗）1.同時性的相對性：在一慣性系中同時發(fā)生的兩個事件，在另一慣性系中不一定同時發(fā)生。這說明時間的量度是相對的，這一結(jié)果直接來源于光速不變原理。2.同時性的相對性：一個慣性系（）中不同地點同時發(fā)生的兩事件，在另一慣性系（）中觀察時則不是同時發(fā)生的，而是在運動后方的事件先發(fā)生。注意：.在系中不同地點同時發(fā)生的兩事件，在系中這兩個事件不是同時發(fā)生的。.在系中相同地點同時發(fā)生的兩事件，在系中這兩個事件是同時發(fā)生的。.沿垂直于兩慣性系相對運動方向發(fā)生的兩事件的同時性不具有相對性。二．時間間隔測量的相對性時間延緩（詳細分析過程）時間延緩：（運動使時鐘變慢，“天上一天，地上一年”）討論：.中同一地點發(fā)生的兩事件時間間隔，中測此二事件的時間間隔，有；.固有時：一參考系中同一地點先后發(fā)生的兩事件的時間間隔。固有時最短。.運動鐘變慢，運動時間膨脹、時間延緩；.時間膨脹是一種相對效應(yīng)；.低速下，習(xí)題講解：教材P352習(xí)題11.1、11.2；教材P353習(xí)題11.4補充例題：帶正電的介子是一種不穩(wěn)定的粒子。當(dāng)它靜止時，平均壽命為，過后即衰變?yōu)橐粋€介子和一個中微子。介子在實驗室測的它的速率為，它通過的平均距離為。這些測量結(jié)果是否一致？解：設(shè)，據(jù)已知條件有：，（對嗎？）由于介子運動的速度接近光速，所以其時間有延緩效應(yīng)，由，則三．長度測量的相對性長度收縮（詳細分析過程）1.棒長：兩端點位置之間的距離；（同一時刻測的）長度測量和同時性概念密切相關(guān)；同時性是相對的長度測量也是相對的（和參考系有關(guān)）2.長度收縮：（運動方向物體的長度變短）討論：.原長：棒靜止時測得的長度，動長靜長；.觀察運動的物體其長度要收縮，收縮只出現(xiàn)在運動方向；.長度收縮是相對的，系看系中的物體收縮，反之，系看系中的物體也收縮；.低速空間相對論效應(yīng)可忽略，即當(dāng)時，。習(xí)題講解：教材353-354習(xí)題11.3、11.14補充例題：兩個慣性系中的觀察者和以(表示真空中光速)的相對速度互相接近。如果測得兩者的初始距離是，則測得兩者經(jīng)過多長時間后相遇？解：設(shè)靜止，以向運，則有測得：而認為以向他靠近，則測得：故四.洛倫茲變換的驗證1.三個相對性效應(yīng)的驗證2.時序問題：（重點分析），，則，定義速度.有因果關(guān)系的兩個事件，則為信號傳播速度，總小于光速，則由有，即時序不會顛倒；.兩個互不相關(guān)的事件，此與的乘積可大于，則在不同的慣性系中發(fā)生的時序可能顛倒。課程思政融入點：1.相對性原理與多元視角：相對論時空觀強調(diào)時空的相對性，即時空的度量與觀察者的運動狀態(tài)有關(guān)。這一原理可以引導(dǎo)學(xué)生認識到，在評價事物或人時，應(yīng)考慮到評價標準的相對性。不同的觀察者或評價者可能會因為自身的立場、經(jīng)驗、文化背景等因素，對同一事物或人產(chǎn)生不同的看法和評價。引導(dǎo)學(xué)生具備多元視角，學(xué)會換位思考，尊重他人的觀點和感受，以更加全面、客觀地看待問題。2.時空聯(lián)系觀與社會關(guān)系：相對論時空觀將時間和空間視為一個統(tǒng)一的整體，并指出物質(zhì)的運動會影響時空的度量。這種聯(lián)系觀可以引申到社會關(guān)系中，即任何個體都處于一定的社會關(guān)系中，不可能孤立存在。個體的行為、思想、情感等都會受到社會環(huán)境的影響，同時也會對社會環(huán)境產(chǎn)生影響。引導(dǎo)學(xué)生認識到個人與社會的緊密聯(lián)系、自己的社會責(zé)任和義務(wù)，積極投身社會實踐，為社會的進步和發(fā)展做出貢獻。3.運動與變化的發(fā)展觀：相對論時空觀中的“尺縮效應(yīng)”和“時間膨脹”等效應(yīng)表明，物質(zhì)的運動會導(dǎo)致時空度量的變化。這一觀點可以啟示學(xué)生認識到，世界是不斷變化和發(fā)展的，任何事物都處于運動狀態(tài)之中。引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)樹立運動與變化的發(fā)展觀，勇于接受新事物、新思想，不斷學(xué)習(xí)和進步，以適應(yīng)不斷變化的社會環(huán)境。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§11.3相對論動力學(xué)基礎(chǔ)能量和動量的關(guān)系教學(xué)目標與要求：1.理解狹義相對論動力學(xué)關(guān)系；2.理解質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能方程；教學(xué)重點與難點重點：質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系；難點：質(zhì)速關(guān)系、質(zhì)能關(guān)系的分析與推導(dǎo)。教學(xué)設(shè)計：多媒體結(jié)合板書§11.3相對論動力學(xué)基礎(chǔ)能量和動量的關(guān)系一．相對論質(zhì)量1．相對論質(zhì)量：以粒子的分裂為例，討論質(zhì)量和速度的關(guān)系。（詳細推演）（：粒子靜止?fàn)顟B(tài)的質(zhì)量；：粒子運動時的質(zhì)量）2．討論：．質(zhì)量和速度有關(guān)（不是參考系的相對速度），質(zhì)量和參考系的選擇有關(guān)；．，速度越大，慣性就越大，就越不容易改變原來的運動狀態(tài)；．當(dāng)時，質(zhì)量就為虛數(shù)，無意義，所以光速是一切物體速度的極限；．對于光子，速率為，而質(zhì)量不可能無限大，所以光子的靜止質(zhì)量；．如，則二．相對論的力1．相對論的力：力是動量的變化率：2．討論：．力的作用：改變速率，改變質(zhì)量；力的方向：和、方向均有關(guān)，（和的方向不再一致）；．力的持續(xù)作用：牛頓定律：力持續(xù)作用可使；相對論：加速困難，當(dāng)時，，有限的力，無法再繼續(xù)加速，所以光速是速度的極限；．時，回到。三．相對論能量1．相對論的動能：（詳細推演）2．相對論的總能：3．討論：相對論中：質(zhì)量和能量不可分割，即物質(zhì)和運動不可分割，質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了能量、質(zhì)量守恒，如一系統(tǒng)能量守恒：四．能量、動量關(guān)系習(xí)題講解：教材P353習(xí)題11.7、11.8、11.12；教材P354習(xí)題11.17課程思政融入點：1.辯證思維：相對論質(zhì)速關(guān)系體現(xiàn)了辯證思維的核心要義。在相對論中，物體的質(zhì)量不再是一個固定不變的屬性，而是隨著速度的增加而增加。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了牛頓力學(xué)中的絕對時空觀和靜質(zhì)量概念，展示了物質(zhì)世界運動的相對性和復(fù)雜性。辯證思維要求人們在認識事物時，要看到事物的兩面性、矛盾性和發(fā)展性，不能片面地看待問題。在教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力，有助于他們更加全面、深入地認識和理解世界。2.責(zé)任與擔(dān)當(dāng)意識：質(zhì)能關(guān)系中的能量具有巨大的潛力，可以轉(zhuǎn)化為各種形式的能量，為人類社會的發(fā)展提供動力。同時，這種能量如果得不到妥善利用，也可能帶來災(zāi)難性的后果。引導(dǎo)學(xué)生要有責(zé)任與擔(dān)當(dāng)