第六章 相对论与量子论初步（教案）-2020年高中同步教与学物理（鲁科版必修2）

高中同步教与学·全新教案 第六章相对论与量子论初步 第1节高速世界 教学 ●-目标 王总。难点 知识与技能 重点 1.初步了解狭义相对论的基本假设; 1.狭义相对论的基本假设; 2.认识时间和空间的相对性 2.知道时间间隔的相对性; 3.了解狭义相对论的其他两个结论; 3.知道长度的相对性 4.了解广义相对论的时空弯曲现象 1.知道狭义相对论的两个结论; 过程与方法 5知道光线在引力场中的弯曲及其验证 1.培养学生严密的逻辑思维习惯,激发学生进一步学习的愿难点 望 能辨析清楚在哪些情况下考虑相对论效应,哪些情况下不 学习正确的认识方法:实践是检验真理的唯一方法 必考虑 情感态度与价值观 教学准备 通过对本节知识的分析,培养学生的逻辑思维能力,激发学 投影仪及投影片 生探索科学的精神 0●●●● 案例 我该用多大的劲扔这袋花生,才能使它到达那个人手上呢?” 数学。过程 学生讨论:根本不用考虑这个问题,你只需要用与你在机场 时相同的动作(和力气)投掷就行.花生的运动同飞机停在地面时 导入新课 19世纪后半叶,关于电磁场的研究不断深入,人们认识到了/ 教师总结其实,这就是爱因斯坦在1905年提出的两个假 光的电磁本质.我们已经知道,电磁波是以巨大且有限的速度传 播的,因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾,这些矛盾导致/之 相对论原理—物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的 了相对论的出现 相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律,/形式如果飞机以恒定的速度沿直线飞行,控制物体运动的自然法 则与飞机静止时是一样的.我们称飞机内部为一个惯性参照系. 改变了我们对于时间和空间的认识,它的建立在物理学和哲学教师活动另一个例子,让我们考查大地本身地球的周长约 的发展史上树立了一座重要的里程碑 000千米.由于地球每24小时自转一周,地球赤道上的一点实 推进新课 际上正以每小时1600千米的速度向东移动.人接触地球的时候, 、高速世界的两个基本原理 从未对此担心过.这是因为大地在做近似的匀速直线运动,地球表 教师精讲 面几乎就是一个惯性参照系.因此它的运动对其他物体的影响很 相对论是关于物质运动与时间空间关系的理论它是现代|小,所有物体的运动都表现得如同地球处于静止状态一样 物理学的理论基础之一相对论是20世纪初由爱因斯坦等在总 实际上,除非我们意识到地球在转,否则有些现象会是十分 结实验事实(如迈克尔逊一莫雷实验)的基础上所建立和发展的,费解的(即地球不是在沿直线运动,而是绕地轴做一个大的圆周 在这以前,人们根据经典时空观(集中表现为伽利略变换)解释光运动) 的传播等问题时,导致一系列尖锐的矛盾.相对论针对这些问 例如天气(变化)的许多方面都显得完全违反物理规律,除 建立了物理学中新的时空观和高速物体的运动规律,对以后物非我们对此(地球在转)加以考虑,另一个例子,远程炮弹并非像 理学的发展有重大作用相对论分为狭义相对论和广义相对论它们在惯性系中那样沿直线运动而是略向有(在北半球)或向左 两大部分 (在南半球)偏.(室外运动的高尔夫球手们,这可不能用于解释你 光速是我们目前所认知的物质的最大运动速度如果人能们的擦边球)对于火多数研究目的而言,我们可以将地球视为 够跑得像一東光那么快,将观测到什么现象和规律呢? 性参照系.但偶尔,它的非惯性表征将非常严重(我想把话说得严 题设置假设你正在一架飞机上,飞机水平地以每小时几密一些) 百英里的恒定速度飞行,没有任何颠簸,一个人从机舱那边走过这里有一个最低限度:惯性系是一个静止或做匀速直线运 来说:“把你的那袋花生扔过来好吗?你抓起花生袋,但突然停了动的系爱因斯坦的第一假设使此类系中所有的物理规律都保 下来,想道:“我正坐在一架以每小时几百英里速度飞行的飞机上,持不变.运动的飞机和地球表面的例子只是用以向你解释这是 高中同步教与学·全新教案 一个平日里人们想都不用想就能作出的合理假设 第二假设,光速不变原理:在一切惯性参照系中,测量到的真 的快速移动的钟B 空中的光速c都一样 火车以每秒100000000m/s的速度运行,一个人站在车上, 这是一个静止的钟 另一个人站在铁路旁的地面上车上人用手中的电筒“发射”光图中两个闹钟都可以用于测量第一个闹钟从A点运动到B 点所花费的时间.然而两个闹钟给出的结果并不相同.我们可以 光子相对于车上的人以每秒300000的速度运行,车上这样思考:我们所提到的两个事件分别是“闹钟离开A点”和“闹 的人以100000速度相对于站在铁路旁的人运动因此我钟到达B点在我们的参照系中,这两个事件在不同的地点发 们得出光子相对于站在铁路旁的人的速度为40000000m/s 生(A和B).然而,让我们以上半图中闹钟自身的参照系观察这 学生活动问题出现了:这与爱因斯坦的第二假设不符!