高速世界教学设计知识技能要求:1、知道相对性原理和光速不变原理2、知道两个基本原理的重要地位过程与方法要求:1、经典时空观与迈克尔逊——莫雷实验的矛盾2、爱因斯坦对电磁场理论的深入研究,勇敢地抛弃“以太”论,指出经典时空观在高速领域的谬误
3、相对论两个基本原理的提出及合狭义相对论的建立
情感、态度、价值观:1、量变引起质变的辩证法思想在科学领域的体现
2、通过观察实验或思想实验,培养学生注重实验事实、实事求是的科学态度
3、敢于创新,才有所突破
重点、难点:两个基本原理及其理解教学过程:导入:在经典力学中,力学定律在所有惯性学中都相同的形式,这个结论叫伽利略相对性原理
但当人们把相对性原理运用到电磁学领域中时,却和麦克斯韦理论发生了矛盾
从电磁现象总结出来的方程组,可得出电磁波在真空中的传播速度 C,按伽利略变换,如果物质运动速度相对于某一参考学为 C,则变换到另一参考学时,其速度就不可能沿各个方向都是 C
则电磁波也只能够对一个特定参考学的传播速度是 C,因而麦氏方程组只能对该特殊参考系成立
于是坚持经典时空观的科学家们很快就引入了一个“以大”(一种充满宇宙空间,无处不在看不见摸不着的非物质媒质),这个绝对静止的参考系
光速 C 即是相对于“以太”的速度
一、迈克尔逊-莫雷实验:基于经典时空观中运动合成的原理,当地球以一定的速度 υ 相对于以太运动时,静止在地球上的人观测到该光速为 C′,那么,此人测得向他迎面而来的光速为 C′=C+υ,而与他同方向传播的该光速为 C′=C-υ;为了证明以太的存在,迈克尔逊设计了一种干涉仪;地球的公转产生相对于以太的运动,因而地球运动的平行方向与垂直方向之间,光通过同一距离的时间应当不相同,但测量的结果是否定的,一干涉花纹并未发生移动
几年后,迈克尔逊同精通物理和数学的化学家莫雷合作,改进实验装置,重做了干涉实验,结果仍未发现条纹有任何