高中物理 第六章 相对论 第3节 相对论时空观 时间、长度的相对性教案 教科版选修3-4-教科版高二选修3-4物理教案VIP免费

三、时间、长度的相对性教学目标1．理解“同时”的相对性2．通过推理，知道时间间隔的相对性和长度的相对性3．了解时空相对性的验证4．了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别重点难点重点：同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性难点：相对论的时空观设计思想本节的重点是以爱因斯坦狭义相对论的两个原理为基础，通过对一些简单现象的分析和逻辑推理，得到一系列惊人的重要结论，并且所有推论都与事实很好的相符合。其中“同时”的相对性比较抽象，不宜为学生理解，也是本节难点。它是理解狭义相对论的关键概念，相对论中关于时空的新特性都与这一基本概念相关，许多有关相对论的佯缪以及对相对论理解上产生的种种疑惑，大都来源于对它的模糊认识。因此在教学中阐述清楚“同时”的相对性，以及它与其它相对论的结论和联系是至关重要的。教学资源多媒体课件教学设计【课堂引入】问题：上一节课我们学习了狭义相对论的两个假设。请同学们回忆一下这两个假设的内容。（在不同惯性参照系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同惯性系中都是相同的。）这节课我们继续来学习狭义相对论的有关知识。【课堂学习】学习活动一：“同时”的相对性首先我们来认识一下“事件”的概念，在这里我们说的事件可以指一个婴儿的诞生，一个光子与观测仪器的撞击或闪电打击地面等等.请大家再举几个例子。（光从光源发出，宇宙中某个星体的爆发，一个车辆的启动等都是“事件”。）下面我们通过一个实例分析，来看看经典物理和相对论对同时的理解有何不同。问题1：车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0分别向前后匀速运动，（相对于车厢），问（1）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁？（2）在地上的观察者看来两球是否同时到达两壁？分析：在车上的观察者看来，A球经时间tA==B球经时间tB==因此两球同时到达前后壁。在经典物理学家看来，同时发生的两件事在任何参照系中观察，结果都是同时的，两球也应同时到达前后壁.这是我们在日常生活中得到的结论。问题2：如果把上述事件换成两列光的传播，情况如何呢？为什么呢？（引导学生，从经典观点和光速不变原理两方面分析，在车上的观察者看来，闪光同时到达前后壁，在地上的观察者看来，闪光先到达后壁。）（根据爱因斯坦相对性原理，在不同参考系中一切物理规律都是相同的，这里匀速运动规律也一样，据s=ct得t=，车上观察者看来s相同，c也一样，所以t相同，而对地面的观察者，光向后位移s小，而光速仍然不变，所以向后运动光需要较短时间到达后壁。）（由此看来，根据爱因斯坦相对性原理和光速不变原理，我们自然会得出“同时是相对的”这样一个原理，也就是说，在一个参考系中看来“同时”的，在另一个参考系中却可能“不同时”。）问题3：那么为什么我们平时不能观察这种现象呢？（因为火车速度相对于光速来说太小，在光传播的短时间内，火车位移不大，我们不能发现这么短的时间差.如果火车速度接近光速，这一现象一定很明显。）（经典的时间观动摇了，相对论给我们展示了高速运动状态下全新的世界。）学习活动二：运动时钟的变慢（可以用书中的事例，也可以参考使用下面的例子）问题1：这是一列高速火车上发生的两个事件：假定车箱安装着一个墨水罐，它每隔一定时间漏出一滴墨水。墨水在、两个时刻在地上形成P、Q两个墨点，设车上的观察者测得两事件间隔Δt′时间，地面上的观察者测得两事件间隔Δt时间，车厢匀速前进速度为v。这两个时间间隔之间的关系？车上观察者认为两个事件的时间间隔：地面观察者认为两个事件的时间间隔：根据公式，通过一定的数学推导可以得出：Δt=式中是与滴管相对静止的观察者测得的两次滴下墨水的时间间隔，习惯上用希腊字母表示。于是上式写成Δt=问题2：从上式可以发现哪一位观察者感觉时间长？（地上的观察者感觉时间间隔较长。）问题3：上式具有普遍意义，下面请大家计算一个问题。一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速...