2024-2025学年新教材高中物理第5章科学进步无止境第1节初识相对论教案鲁科版必修第二册

PAGE1-第1节初识相对论本节内容是学习完经典力学以后所做的介绍性质内容，它可以拓展学生的学问面、展示科学探究的无限可能，建立科学思想、科学的思维方法，培育科学精神，在情感、看法与价值观方面发挥应有的教化功能。【物理观念】了解静电力学的相对性原理，了解牛顿的肯定时空观；了解迈克尔孙-莫雷试验对经典物理学造成的困难。【科学思维】知道科学推理与大胆想象的重要性；知道创新对科学进步的重要意义。【科学探究】在牢靠的试验事实基础上，进行科学推理、合理假设等科学探讨方法的重要性。【科学看法与责任】通过学习，体会在科学探讨中不放过丝毫怀疑、穷根究理的看法和责任。【教学重点】对狭义相对论的两个基本原理内容的了解及对科学推理、合理假设的科学探讨方法的理解。【教学难点】对狭义相对论的两个基本原理内容的了解。【导入新课】激趣诱思：什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么性质？经典物理学对这些问题并没有正面回答。但是从它对问题的处理上，我们体会到经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是肯定的，空间与时间之间也是没有联系的。那么，相对论的时空观是否也这样认为呢？【新课讲授】19世纪末物理学取得了巨大的成就：牛顿力学、热力学、统计物理学、电磁场理论形成了完整的物理学体系，并被赞誉为：“一座庄重宏伟的建筑体系和动人心弦的漂亮庙堂”在1900年英国皇家学会的新年庆祝会上，闻名的物理学家，威廉·汤姆孙，回顾了物理学在过去几百年中的发展，充溢自信地宣称：科学的大厦已经基本完成，将来的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。但同时他也承认“明朗的天空中还有两朵小小的、令人担心的乌云”。与黑体辐射有关促进量子理论诞生；与光速问题有关相对论诞生。正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理学的束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐观心情，为后来建立近代物理学的理论基础作出了贡献。一、经典时空观描述一个物体的运动必需选择一个参考系，然后探讨这一物体相对于参考系是如何运动的。1.全部相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。——牛顿运动定律成立的参考系2.对于全部的惯性系，力学规律都是相同的，或者说，一切惯性系都是等效的，这一结论称为伽利略相对性原理。3.经典时空观（肯定时空观）：时间和空间彼此独立、互不关联，且不受物质或运动的影响。4.经典力学的几个基本结论①同时的肯定性②时间间隔的肯定性③空间距离的肯定性【肯定时空观的速度合成】当抛出的物体与汽车的行驶速度同向时,视察者认为小球的速度为V2+V1当抛出的物体与汽车的行驶速度反向时,视察者认为小球的速度为V2-V15.经典时空观的困惑但是试验现象表明，不论光源和视察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的．光速恒定的特性，同运动的相对性原理之间好像产生了冲突？由于受牛顿肯定空间和肯定时间的观念长期支配的影响，物理学界中多数人认为，光波的传播介质是“以太”，这种介质密度微小、肯定静止，充溢宇宙空间。思索：“以太”真的存在么？为此许多物理学家设计了一系列试验，想要测出地球在“以太”中运动的速度。1887年的迈克耳孙——莫雷试验是最闻名的一个：它们将一束光分成相互垂直的两束，一束的传播方向和地球运动方向一样，另一束和地球运动方向垂直，然后使它们发生干涉。假如不同方向上的光速有微小的差别，当两束光相互置换（旋转干涉仪）时干涉条纹就会发生改变。由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响。他们期盼发觉，这两束光的传播速度会有所不同，然而不管他们如何努力，精密的试验得到的结果却是两束光的速度没有预料的差别。【迈克耳孙——莫雷试验】试验现象表明，不论光源和视察者做怎样的相对运动，光速都是恒定的。“以太”是不存在的牛顿经典力学受到冲击爱因斯坦：“否认以太的存在”，认为不存在特别的惯性参考系。无论是力学规律还是电磁规律，它们对任何惯性参考系都是一样的。二、狭义相对论的两个基本假设1.相对性原理在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。2.光速不变原理真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的(与光源视察者相对运动没关系)。对两个基本原理的正确理解：①自然规律不仅包括力学规律，还包括电磁学规律等其他全部的物理学规律；②强调真空中的光速不变指大小既不依靠于光源或视察者的运动，也不依靠于光的传播方向③几十年来科学家采纳各种先进的物理技术测量光速，结果都不违反光速不变原理。三、课堂小结一、伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系中都是相同的二、狭