《狹義相對(duì)論的基本原理》教案(滬科版選修3-4)

【

題

狹相論基原【學(xué)標(biāo)一、知識(shí)與技能、了解義相對(duì)論的兩個(gè)基本公設(shè)，并初步了解愛(ài)因斯坦對(duì)時(shí)空的新認(rèn)識(shí)。2、知伽利略變換與洛倫茲變換反映的時(shí)空觀的不同。3、理同時(shí)的相對(duì)性二、過(guò)程與方法通過(guò)學(xué)習(xí)愛(ài)因斯提出兩條假設(shè)的過(guò)程解實(shí)驗(yàn)對(duì)理論的重要作用以及愛(ài)因斯坦的時(shí)空觀。、通過(guò)兩條假設(shè)理解同時(shí)的相對(duì)性，加深對(duì)相對(duì)論時(shí)空觀的理解。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀（1理解相對(duì)論的時(shí)空觀，體會(huì)相對(duì)論的建立對(duì)人類認(rèn)識(shí)世界的影響。（2學(xué)會(huì)辯證地看待經(jīng)典物理理論和相對(duì)論。【情析學(xué)習(xí)已經(jīng)了建立狹義相對(duì)論中光速不變的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及愛(ài)因斯坦的探索發(fā)現(xiàn)此習(xí)狹義相對(duì)論的兩條公設(shè)成理成章的事情過(guò)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于隨兩條公設(shè)的提出而帶來(lái)的時(shí)空觀的變化?！緦W(xué)路因此本節(jié)教學(xué)應(yīng)注意與上節(jié)知識(shí)的銜接視思維邏輯的連貫性逐建立新結(jié)論學(xué)生在思維中有很容易回到經(jīng)典時(shí)空觀上去將新舊時(shí)空觀混為一談，教學(xué)中應(yīng)注意強(qiáng)調(diào)區(qū)別?！緦W(xué)點(diǎn)難】、狹義對(duì)論的兩個(gè)基本公設(shè)2、愛(ài)斯坦的時(shí)空觀——相對(duì)論時(shí)空觀【學(xué)法問(wèn)題式討論和講授?！緦W(xué)程一引新：通過(guò)上節(jié)課的學(xué)習(xí)我們知道光速是與參考系無(wú)關(guān)的常量典物理學(xué)中的速度變換關(guān)系對(duì)電磁規(guī)律不適用，等。對(duì)這些問(wèn)題，許多物理學(xué)家試圖通過(guò)在經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)進(jìn)行修補(bǔ)，仍無(wú)法解決上述矛盾。而愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的癥結(jié)在于經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀他擯棄了經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀據(jù)驗(yàn)事實(shí)提出了狹義相論的兩條公設(shè)理研究的方法得到了狹義相對(duì)論的全

部結(jié)論，當(dāng)然狹義相對(duì)論建立了一種新的時(shí)空觀。我們下面看看愛(ài)因斯坦是怎樣思考的。二新教狹相論兩公、伽略變?cè)O(shè)開(kāi)始時(shí)慣性系S（O-xyz）相慣性系（）完全重合，′系對(duì)S以速度v沿x軸正方向運(yùn)動(dòng)。由伽利略變:（）

y'z't

（位置坐標(biāo)變換）可得：(2)

v'xv'yyv'z

(速度變換)（）

a'xa'ya'z

（加速度變換）此式表明：從同慣系觀到同質(zhì)點(diǎn)加度相的，說(shuō)：物的加度伽略換不的進(jìn)一步可知第定律對(duì)伽利略變換是不變的映的時(shí)空觀是——絕對(duì)時(shí)空觀：時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，彼此無(wú)關(guān)。但是將這個(gè)原理推廣到與光速有關(guān)的問(wèn)題中產(chǎn)生了無(wú)法解決的矛盾照典力學(xué)的速度合成法則（伽利略速度變換公式），光速在不同的慣性系中可能會(huì)超過(guò)或小于km/s然而大量事實(shí)證明光的傳播速度與光源的運(yùn)動(dòng)情況無(wú)關(guān)在任何慣性系中都是不變的。、愛(ài)斯坦為間時(shí)是一相聯(lián)的不分的、愛(ài)斯坦出條設(shè)（1在所有相互做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。（2所有相互做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中在空中的傳播速度都等于c，跟光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。公設(shè)（1）通常叫做愛(ài)斯相性理公設(shè)（2）通常叫做光不原。在絕對(duì)時(shí)空觀看來(lái)這兩條假設(shè)確是矛盾的因必須拋棄絕對(duì)時(shí)間絕對(duì)空間的觀念。

洛茲換設(shè)開(kāi)始時(shí)慣性系S相對(duì)慣性系完重合，′以度相對(duì)S以vx軸正方向運(yùn)。洛倫茲變換為

x=

+vt'v1-cy=y'=z'

t=

vt'+x'cv1-c這個(gè)變換關(guān)系反映出來(lái)的時(shí)空觀念是：時(shí)間、空間都與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有著不可分割的聯(lián)系，而且時(shí)間與空間之間也有一定的內(nèi)在聯(lián)系。這就是相對(duì)論的時(shí)空觀時(shí)的對(duì)。同時(shí)可以看到，當(dāng)v時(shí)xx，t，在速域義對(duì)的論經(jīng)典學(xué)結(jié)趨一。這也說(shuō)明了狹義相對(duì)論合理性。同的對(duì)、什是同的對(duì)？在個(gè)性中觀者測(cè)兩事是時(shí)生，么另一慣系的察可觀到兩事不同發(fā)的即時(shí)相的跟察選的考有。、同的相性理如圖一列車以很快的速度沿直的鐵路運(yùn)動(dòng)。設(shè)想某節(jié)車廂內(nèi)處于正中間位置有一位觀察者A和一臺(tái)閃光器S頭車廂尾各有一個(gè)光接收器和。地面站臺(tái)上有一個(gè)觀察者B如圖示在列車駛過(guò)站臺(tái)AB兩觀察者相遇的瞬間閃光器發(fā)出光，

此后、Q兩收器分別接收到閃光這便是兩個(gè)事件

v

（設(shè)接到閃光為事件，Q接到閃光為事件

A

在義對(duì)看，時(shí)相的A會(huì)測(cè)到2兩件同時(shí)發(fā)生。因?yàn)樵贏看，

B

t=，Qt=，Q光相對(duì)車的速度為c，無(wú)論向前是向后傳，而、Q到的離相同。設(shè)這個(gè)間為t′。但是在B看就不一樣了，認(rèn)光相對(duì)車的速度為c，光對(duì)地面的速度也是，無(wú)論向前還是向后傳（光速不變?cè)戆l(fā)出閃光到1、件分別發(fā)生、Q均向前運(yùn)動(dòng)一段距離就是說(shuō)向前傳播的光所經(jīng)過(guò)的距離要大于向后傳播的光所經(jīng)過(guò)的距離此會(huì)觀測(cè)到Q先收到光，后收到光，所用時(shí)間計(jì)如下：t=

vvt'x't'x'c2v211c2即tt，即事件發(fā)生，事件后生，即事件1、2并不同時(shí)發(fā)生。P

但經(jīng)物學(xué)來(lái)同是絕的A仍會(huì)觀測(cè)到2兩件同時(shí)發(fā)生他認(rèn)為光相對(duì)他的速度是光源到PQ又離相等，所以兩束光將同時(shí)到達(dá)。而B(niǎo)認(rèn)為光速c相對(duì)地面的利變換可以計(jì)算兩束光到達(dá)PQ各用多長(zhǎng)的時(shí)間：t(c+v)=vtt()=x-vtQ

可得t=可得t=

xcxc顯然，=t，即兩束光仍將同時(shí)到達(dá)。就是經(jīng)典物理學(xué)中同時(shí)的絕對(duì)性。Q三學(xué)閱P．【學(xué)點(diǎn)《對(duì)的度換式車對(duì)地的速度為，對(duì)車的速度為u地面上的人看到車上人相對(duì)地面的速度為，則有

u=

u'+vc如果車上人運(yùn)動(dòng)方向與火車運(yùn)動(dòng)方向相同′取正值如果車上人運(yùn)動(dòng)方向與火車運(yùn)動(dòng)方向相反′取負(fù)值老師在學(xué)生閱讀后，對(duì)教材中的公式做必要的說(shuō)明，幫助學(xué)生理解。四典例

【例題1】愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理光速不變?cè)碛袩o(wú)矛盾？為什么？【解光不原理的內(nèi)容看空中的速度都是相同的體現(xiàn)所有相互做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性參考系中一切物理規(guī)律都是相同的因斯坦相對(duì)性原理。因此我們說(shuō)這兩條原理并不矛盾?！绢}2】在義相對(duì)論中，下列說(shuō)法正確的有（）一切運(yùn)動(dòng)物體相對(duì)于觀察者的速度都不能大于真空中的速質(zhì)量、長(zhǎng)度的測(cè)量結(jié)果都與物體相對(duì)觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)C.時(shí)間的測(cè)量結(jié)果物體相對(duì)觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)在一慣性系中生于同一時(shí)刻、不同地點(diǎn)的兩個(gè)事件，在其他一切慣性系中也是同時(shí)發(fā)生的【析根據(jù)狹義相對(duì)論，光速是速度的極限值，所以A正；根據(jù)狹義相對(duì)論，長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間間隔都與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，且都給出了具體的速度公式，所以B對(duì)C錯(cuò)；同時(shí)是相對(duì)的，D錯(cuò)正確選項(xiàng)為A、B。五課小

答：AB本節(jié)主要學(xué)習(xí)了：、狹相對(duì)論的兩基本公設(shè)：光速不變?cè)砗蛺?ài)因斯坦相對(duì)性原理

=

+vt'-