2014高中物理 高速世界教案 鲁科版必修2.doc

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移动，于是他们非常失望。如果确信实验正确，则意味着无法用经典时空观来解释该现象，于是陷入了迷茫无法解释该实验现象。
二、爱因斯坦两个基本原理的提出
为了能更好的解释“迈一莫”实验，洛仑兹提出了长度收缩假说。但这只是从数学上拼凑出来的假说，缺乏物理依据，存在致命弱点。
爱因斯坦在深入研究由磁学理论后，敢于彻底抛弃以太，提出了与经典时空观绝然不同的新时空观，提出了两个基本假设，从而创立了相对论：
1、相对性原理：物理规律在一切惯性系中都具有相同的形式。
2、光速不变原理：在一切惯性学中，测量到的真空中的光速都一样。
注：惯性系：一切静止或匀速运动的参考学。
相对性原理表明：对某个物理过程的描述的物理定律的形式与惯性系无关。
光速不变原理表明：在一切惯性学中观察真空中的光速，无论任何方向，其速度均为C，与光源或观察者的运动无关。
——这正是迈克尔逊－莫雷实验的结果。
三、狭义相对论建立的伟大意义：
1、它从根本上变革了作为经典物理学基础的绝对时空观，提出了时间与空间相联系的相对时空观，开创了物理学的新纪元。传统的经典时空观只是低速领域的一种特例。
2、相对论力学揭示了物质和运动的内在联系，物体质量在高速运动中明显与运动速度有关。