2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章科學(xué)進(jìn)步無止境第1節(jié)初識(shí)相對論教案魯科版必修第二冊

PAGE1-第1節(jié)初識(shí)相對論本節(jié)內(nèi)容是學(xué)習(xí)完經(jīng)典力學(xué)以后所做的介紹性質(zhì)內(nèi)容，它可以拓展學(xué)生的學(xué)問面、展示科學(xué)探究的無限可能，建立科學(xué)思想、科學(xué)的思維方法，培育科學(xué)精神，在情感、看法與價(jià)值觀方面發(fā)揮應(yīng)有的教化功能。【物理觀念】了解靜電力學(xué)的相對性原理，了解牛頓的肯定時(shí)空觀；了解邁克爾孫-莫雷試驗(yàn)對經(jīng)典物理學(xué)造成的困難。【科學(xué)思維】知道科學(xué)推理與大膽想象的重要性；知道創(chuàng)新對科學(xué)進(jìn)步的重要意義?！究茖W(xué)探究】在牢靠的試驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上，進(jìn)行科學(xué)推理、合理假設(shè)等科學(xué)探討方法的重要性?！究茖W(xué)看法與責(zé)任】通過學(xué)習(xí)，體會(huì)在科學(xué)探討中不放過絲毫懷疑、窮根究理的看法和責(zé)任?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】對狹義相對論的兩個(gè)基本原理內(nèi)容的了解及對科學(xué)推理、合理假設(shè)的科學(xué)探討方法的理解。【教學(xué)難點(diǎn)】對狹義相對論的兩個(gè)基本原理內(nèi)容的了解。【導(dǎo)入新課】激趣誘思：什么是時(shí)間？什么是空間？時(shí)間和空間有什么性質(zhì)？經(jīng)典物理學(xué)對這些問題并沒有正面回答。但是從它對問題的處理上，我們體會(huì)到經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為空間和時(shí)間是脫離物質(zhì)而存在的，是肯定的，空間與時(shí)間之間也是沒有聯(lián)系的。那么，相對論的時(shí)空觀是否也這樣認(rèn)為呢？【新課講授】19世紀(jì)末物理學(xué)取得了巨大的成就：牛頓力學(xué)、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、電磁場理論形成了完整的物理學(xué)體系，并被贊譽(yù)為：“一座莊重宏偉的建筑體系和動(dòng)人心弦的漂亮廟堂”在1900年英國皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，聞名的物理學(xué)家，威廉·湯姆孫，回顧了物理學(xué)在過去幾百年中的發(fā)展，充溢自信地宣稱：科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，將來的物理學(xué)家只要做一些修修補(bǔ)補(bǔ)的工作就可以了。但同時(shí)他也承認(rèn)“明朗的天空中還有兩朵小小的、令人擔(dān)心的烏云”。與黑體輻射有關(guān)促進(jìn)量子理論誕生；與光速問題有關(guān)相對論誕生。正是這兩朵小小的烏云，沖破了經(jīng)典物理學(xué)的束縛，打消了當(dāng)時(shí)絕大多數(shù)物理學(xué)家的盲目樂觀心情，為后來建立近代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)作出了貢獻(xiàn)。一、經(jīng)典時(shí)空觀描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)必需選擇一個(gè)參考系，然后探討這一物體相對于參考系是如何運(yùn)動(dòng)的。1.全部相對于慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系?！ｎD運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系2.對于全部的慣性系，力學(xué)規(guī)律都是相同的，或者說，一切慣性系都是等效的，這一結(jié)論稱為伽利略相對性原理。3.經(jīng)典時(shí)空觀（肯定時(shí)空觀）：時(shí)間和空間彼此獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián)，且不受物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的影響。4.經(jīng)典力學(xué)的幾個(gè)基本結(jié)論①同時(shí)的肯定性②時(shí)間間隔的肯定性③空間距離的肯定性【肯定時(shí)空觀的速度合成】當(dāng)拋出的物體與汽車的行駛速度同向時(shí),視察者認(rèn)為小球的速度為V2+V1當(dāng)拋出的物體與汽車的行駛速度反向時(shí),視察者認(rèn)為小球的速度為V2-V15.經(jīng)典時(shí)空觀的困惑但是試驗(yàn)現(xiàn)象表明，不論光源和視察者做怎樣的相對運(yùn)動(dòng)，光速都是恒定的．光速恒定的特性，同運(yùn)動(dòng)的相對性原理之間好像產(chǎn)生了沖突？由于受牛頓肯定空間和肯定時(shí)間的觀念長期支配的影響，物理學(xué)界中多數(shù)人認(rèn)為，光波的傳播介質(zhì)是“以太”，這種介質(zhì)密度微小、肯定靜止，充溢宇宙空間。思索：“以太”真的存在么？為此許多物理學(xué)家設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)，想要測出地球在“以太”中運(yùn)動(dòng)的速度。1887年的邁克耳孫——莫雷試驗(yàn)是最聞名的一個(gè)：它們將一束光分成相互垂直的兩束，一束的傳播方向和地球運(yùn)動(dòng)方向一樣，另一束和地球運(yùn)動(dòng)方向垂直，然后使它們發(fā)生干涉。假如不同方向上的光速有微小的差別，當(dāng)兩束光相互置換（旋轉(zhuǎn)干涉儀）時(shí)干涉條紋就會(huì)發(fā)生改變。由于地球在宇宙中運(yùn)動(dòng)的速度很大，希望它對光速能有較大的影響。他們期盼發(fā)覺，這兩束光的傳播速度會(huì)有所不同，然而不管他們?nèi)绾闻Γ艿脑囼?yàn)得到的結(jié)果卻是兩束光的速度沒有預(yù)料的差別。【邁克耳孫——莫雷試驗(yàn)】試驗(yàn)現(xiàn)象表明，不論光源和視察者做怎樣的相對運(yùn)動(dòng)，光速都是恒定的?！耙蕴笔遣淮嬖诘呐ｎD經(jīng)典力學(xué)受到?jīng)_擊愛因斯坦：“否認(rèn)以太的存在”，認(rèn)為不存在特別的慣性參考系。無論是力學(xué)規(guī)律還是電磁規(guī)律，它們對任何慣性參考系都是一樣的。二、狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)1.相對性原理在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。2.光速不變原理真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的(與光源視察者相對運(yùn)動(dòng)沒關(guān)系)。對兩個(gè)基本原理的正確理解：①自然規(guī)律不僅包括力學(xué)規(guī)律，還包括電磁學(xué)規(guī)律等其他全部的物理學(xué)規(guī)律；②強(qiáng)調(diào)真空中的光速不變指大小既不依靠于光源或視察者的運(yùn)動(dòng)，也不依靠于光的傳播方向③幾十年來科學(xué)家采納各種先進(jìn)的物理技術(shù)測量光速，結(jié)果都不違反光速不變原理。三、課堂小結(jié)一、伽利略相對性原理力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的二、狹