相对论教学设计

1、选修3-4第十五章相对论简介时间和空间的相对性教学设计一.教学背景在学习本章节之前，学生们已经学过了牛顿的经典力学、电磁学及光学理论，对经典的力学空间有了一些了解，这对学习本章节有了很好的铺垫。本章主要讲的是爱因斯坦的相对论，它颠覆了经典的力学观，与学生之前所具有的观念有所不同，这对学生来说可能会难理解一些。而本节课是这章的第二节课，主要讲的是狭义相对论的时空特性。虽然学生在之前已经学过了相对论的一些基础理论和变换，但是这些特性与经典力学的结果截然不同，学生会很难理解。所以本节课的重点就是让学生理解这些特性。二.教学目标知识与技能1 .了解经典力学时空观与相对论时空观的区别，体会相对论时空观的

2、建立对人类认识世界的影响；2.理解相对论的几个时空特性，即：“同时”的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性；过程与方法1. 通过对爱因斯坦侠义相对论的研究过程的学习，了解一种物理思维方法， 即面对一个问题，经过逻辑的推理，作出合理的假设；2. 了解相对论时空特性的推理；情感态度与价值观实践是检验真理的唯一标准。 爱因斯坦的相对论研究的是我们无法有亲身体会的高速 运动的世界，因此学生很难理解以致获得清楚的认识。对此我们应该采取科学的态度对待它，而不是一味地排斥或回避。三.教学重点本节课的教学重点是推导相对论的时空特性。四.教学难点本节课的教学难点是如何让学生理解相对论的时空特性。五.教学方法本

3、节课主要以教师讲授为主。因为本节课主要以推导的方式让学生理解相对论的时空 特性。六.教学过程回顾知识：1 .狭义相对论基本原理.相对性原理；.光速不变原理。2 .洛伦兹变换x = (x' vt')y =y'z = z'pt = (t'x')c或者其中¥=>1 , p=v1-2cx' = (x -vt)y' = yz' = zpt' = (t - - x) c进入新课(相对论时空特性)1 .“同时”的相对性在经典力学中，我们认为在某个惯性系中同时发生的两个事件，在其他的参考系中也是 同时发生的。例如：

4、以地面为参考系，当放学铃刚开始响的时候，你的家人也刚开始做饭。 以此时在此地上空运动的飞机为参考系，铃响和做饭也是同时的。但是在相对论的时空观中,两个参考系观察到的结果可能会是不同的！也许大家会有疑问，那么让我们带着疑问来论证这个观点！推导过程：P应用公式：t'= (t -x)c现在令相对静止参考系相对运动参考系事件Axi , tixi'，ti'事件Bx2 , t2x2' ， t2'那么，在相对运动的参考系中的时间差为- p 1t2 tl = (t2 - tl) - (x2 - xi)口 口 C I不一定 0不一定“同时”的相对性告诉我们：在某个惯性系中

5、被判定为同时发生的两个事件，在另一个 惯性系中判定的结果可能会是不同的。2 .长度的相对性在经典的力学时空观中，运动的物体的长度是不会发生变化的。但是在相对论的时空观 中，运动的尺度将会收缩。让我们来推导一下这个结果！推导过程：应用公式：x' = ?(x - vt)现在令在相对运动的参考系中观察物体的长度lo=X2Xi （固有长度）在相对静止的参考系中观察物体的长度l = X2 - X1 （运动长度）也许大家会有疑问：为什么在相对运动的参考系中观察到物体的长度是固有长度？下面我们举一个例子来解释一下：将一个长度一定的尺子放到一辆运动的车上，在车上的人观察这个尺子，虽然车是运动的，但是人

6、相对于尺子却是静止的，所观察到的是尺子的固有长度。而在地面上站着的人看车上的尺子则是运动的，所以观察到的尺子是运动长度。此外，无论在那个参考系测量物体的长度，都必须在同一时刻测量， 所以t1 = t2, t1'=t2'。那么X2 - Xi） -'V（t2 - tl） I0所以lo = y(X2 Xi)=力A l ,运动的尺度收缩。思考：为什么我们看到路上行驶的车的长度没有发生变化?1 二 v答：尸=J, P =一,运动的车的速度与光速相比几乎可以忽略不计，所以 P定。J-2 c不定 1 , 10 Jt l。3.时间间隔的相对性在经典力学中，时间间隔无论在哪个参考系中都是

7、一样的。但是在相对论的时空中，不同参考系中的时间间隔将会发生变化。推导过程：应用公式：t - :'(t' -X')c现令在相对运动参考系中测量的时间间隔为t' = t2'-ti',前后坐标 X2 ' = X1在相对静止参考系中测量的时间间隔为&t=t2-ti,前后坐标X2 ¥ Xi解释坐标问题：我们用一个例子来说明一下， 一辆运动的车的前窗上有个时钟， 无论车走 到哪里，时钟依旧还在车的前窗上， 所以在相对运动的参考系中坐标位置是不变的；而此时在地面上站着的人，看车上的时钟则是运动的，所以前后坐标不相等。那么）t2 -

8、ti -'''（t2'-ti'）（X2'一 Xi一c所以At =t2 ti = 丫(t2' ti') > At ,也就是说运动的时间将会延迟。P思考：为什么在这个推导过程没有用t' = V(t X)这个公式呢？有这个公式能够推导c出运动时间延迟这个结果么？这个问题就留作同学们的课后思考题！七.教学总结本节课我们重要讲了相对论的时空特性，包括1.“同时”的相对性;2.长度的相对性;3.时间间隔的相对性。八.板书设计时间和空间的相对性同时“的相对性二。长度的相对性三。时间间隔的相对性回顾知识:一。相对论原理A X1 tl“X 1xiti动 lo 02'，' ti =t2B X2 t2X2' t2静 l =X2 -xi ti' dt2'动.'t'=t2'_ti'X2'=Xi'静. 't =t2 -tiX2 仁Xi二。洛伦兹变换X 三（