5.相对论的诞生教案

15-1 相对论的诞生u 教学目标一、知识与技能：（1）了解相对论诞生的历史背景，知道麦克耳孙一莫雷实验（2）了解经典的相对性原理（3）知道相对性原理与电磁规律之间的矛盾（4）知道狭义相对论的两个基本假设二、过程与方法：（1）了解对经典物理学内部矛盾的探索过程（2）理解爱因斯坦建立相对论的科学探究思想和逻辑推理方法三、情感态度价值观：明确物理理论的发展的基础实验u 教学重点、难点狭义相对论的两点假设u 教学方法阅读小结u 教学手段多媒体课件u 教学活动介绍相对论诞生的历史背景:以太的研究以太透明；以太的密度很小（光速很大）；以太很硬（电磁波为横波）；以太无所不在，充满整个空间。 光速的测量斐索光速测定迈克尔逊-莫雷实验 实验原理图 实验干涉条纹实验意义：以太不存在；暗示真空中光速在任何参考系都不变；复习光的干涉现象一、经典的相对性原理运动的相对性中国古代研究：尚书纬考灵曜（约东汉时代）“地有四游，冬至地上行北而西三万里，夏至地下行南而东三万里，春秋两分是其中矣。地恒动而人不知，譬如闭舟而行不觉舟之运也。” 伽里略相对性原理关于两种世界体系的对话：“把你和朋友关在一条大船下的主舱里，让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼，然后挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里，船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向舱内各方向飞行；鱼向各个方向随便游动；水滴滴进下面的罐中，你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向施更多的力。当船以任何速度前进，只要是匀速的，你将发现，上述观察的现象依旧，你无法用任何现象判定船是运动还是不动” 伽里略坐标变换公式 伽里略速度变换公式 牛顿力学的不变性m=mFFFma Fma 力学规律在任何惯性参考系中都是相同的。还可以表述为：在任何惯性参考系中无法用任何力学实验判断该参考系相当于另一个参考系是静止的还是做匀速直线运动，即任何惯性参考系都是平权的。二、相对性原理与电磁规律之间的矛盾麦克斯韦电磁理论的困难：光是电磁波；由于真空介电常数和磁导率是与参考系无关的常量，因此c也应是与参考系无关。这就是说在任何参考系中测得的光在真空中的速度都应该是同一数值。但是，根据相对性原理，若以c表示某一参考系K中测得的真空中光的速度，c为以u运动的K系中测得的光在真空中的速度，根据伽利略变换，就应有： c= cu矛盾激发：“在不同的惯性系中光速不同”“任何参考系中光速度都应该是同一数值”，说明相对性原理涉及到接近光速的高速领域产生了明显的困难。当时人们为了解决这个困难，提出了三种可能：（1）麦克斯韦电磁理论有错，正确的电磁方程组应满足伽利略不变性。（2）牛顿力学与麦克斯韦电磁理论都对，但麦克斯韦电磁理论只在某一特殊的惯性系成立。（3）牛顿力学与伽利略变换不对，应存在某种变换，麦克斯韦电磁理论在这种新的变换下具有不变性。这意味着经典牛顿力学要作修改，修改后的力学方程在新的变换下具有不变性。三、狭义相对论的两个基本假设狭义相对论的两个基本原理：爱因斯坦相对性原理 切物理定律，在不同的惯性系中是相同的 光速不变原理光在真空中的传播速度在不同的惯性系中测得的数值都是相同的，与光源、观察者是否相对运动无关对2个基本原理的正确理解： 自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他所有的物理学规律；强调真空中的光速光速不变指大小既不依赖于光源或观察者的运动，也不依赖于光的传播方向 几十年来科学家采用各种先进的物理技术测量光速，结果都不违背光速不变原理。四、小结：五、练习 1、课本P107 1、2、3 2、完成第二教材相关练习u 板书设计15-1 相对论的诞生一、经典的相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的二、电磁理论与伽利略的相对性原理发生矛盾三、