高中物理人教大纲版第三册：23.2 时间和空间的相对性 1.docVIP

第二节 时间和空间的相对性 ●本节教材分析 在掌握了同时的相对性后，本节内容仍从两个基本假设出发，直接导出了时间间隔的相对性.其实同时的相对性是时间相对性的一个表现.在同时的相对性基础上导出了长度的相对性.虽然两个结论都是从基本假设推导得出的，并且进行了量化分析，但这些推导并不严格，教学时不必在数量关系上多下功夫，教学的重点仍应放在对结论的认识和理解上. 时空相对性的实验验证的介绍很有必要，使学生明白，建立在假设基础上的逻辑推理，必须在它的大量结论都与实验事实相符时，才能成为理论，这时学生接受相对论的时空观会有很大帮助. ●教学目标 一、知识目标 1通过推理，知道时间间隔的相对性和长度的相对性. 2通过对两个结论的分析认识时间和空间是不能脱离物质而单独存在的. 二、能力目标 1通过时间间隔相对性和长度相对性的推导，培养逻辑推理能力. 2通过建立相对论时空观，提高学生认识物质世界的能力. 三、德育目标 培养学生对逻辑推理形成的结论要有一个科学的接受态度. ●教学重点 时间间隔的相对性和长度的相对性. ●教学难点 相对论的时空观. ●教学方法 在教师的引导下,通过对具体实例的分析，建立模型、形成结论、形成理论，并在应用中加以巩固. ●教学用具 投影仪及投影片. ●课时安排 1课时 ●教学过程 一、引入新课 复习引入 ［师］上一节课我们通过狭义相对论的两个假设导出了同时的相对性.请同学们回忆一下这两个假设的内容. ［生］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. ［师］根据这两个假设，我们得出了同时的相对性，即，在一个参考系中同时发生的事件，在另一参考系看来是不同时的，同时是相对的. ［投影课本图23—2］ ［师］甲图中的观察者看到光到达前后壁这两个事件同时发生，时间间隔为零，而在乙图中地面上的观察者看到光到达前后壁这两个事件不同时发生，即时间间隔不为零，也就是说在这个例子中，在不同参考系中的时间间隔是相对的.这是一个特例吗？下面我们从另一个模型来进行简单的量化分析. 二、新课教学 （一）时间间隔的相对性 ［投影课本图23—5］ ［师］这是一列高速火车上发生的两个事件：光源发光和光线经镜反射后回到光源位置，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，车厢高h，请大家动手推导出这两个观察者测得的时间间隔. （两位学生板演，其他同学同时推导） 生1： 生2： 甲图中 光线水平路程vΔt 光线路程s1=2h 竖直路程2h 速度c 总路程s2（）2=（）)2+h2 时间Δt′= 时间间隔Δt= 得Δt= ［师］大家可以清楚地看出，两位同学推出的结论中，时间间隔是不同的.也就是说在两个参考系中测量的时间是不同的.大家可以找出二者的关系吗？推一推看. ［生］能，Δt= ［师］谁大谁小？哪一位观察者感觉时间长？ ［生］Δt较大，地上的观察者感觉时间延长了. ［师］下面请大家计算一个问题. ［投影］ 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？（已知飞船速度v=c） 分析：已知飞船观察者甲经时间Δt′=30年，地面上的观察者乙经过时间为 Δt= =年=60年 可见甲的孪生兄弟已经60岁了. 学生兴趣盎然，教师引导学生进一步讨论激发学生对高速运动状态下的各种过程，例如物理、化学、生命过程变慢进行讨论，加深对时间间隔相对性的理解. ［师］通过前面的讨论我们看到在不同参考系中，时间间隔是相对的. （二）长度的相对性 师:下面我们来讨论在不同参考系中测量一个杆的长度结果会如何. 投影图23—3， ［师］甲图中是一个刻度尺测出的静止的杆的长度，大家看是多少？ ［生］1.2 m ［师］怎么求出的呢？ ［生］拿B点坐标9.2 m减A点坐标8 m得到的. ［师］乙图中尺仍然静止，杆水平向右匀速运动，我们应该怎么算杆长？ ［生］AB长或A′B′长度 ［师］其实这里你是用某时刻B、A坐标差值或另一时刻B′、A′坐标差值得到的.如果有人用B′，A的坐标差值算出杆长是9.7 m-8 m=1.7 m显然是没有意义的，它不能代表杆的长度.因此我们要测量这一杆长，就必须“同时”读出杆两端坐标才行.现在的问题是不同参考系中“同时是相对的”. ［师］请大家看课本图23—6，地面上的人看到杆的A、B两端发出的光同时到达它的眼睛，他读出B、A的坐标之差为l，即地上的观察者测到的杆长.请大家考虑车上的观察者是同时看到B、A两端的闪光吗？ ［生］不是同时看到，他看到B端先发出光，而A端后发出光. ［师］那他认为地上的人观测的长度就