《相对论的诞生》名师教案 (1).docVIP

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《相对论的诞生》教学设计

一、教学目标

知识与技能：

（1）了解相对论诞生的历史背景，知道麦克耳孙一莫雷实验

（2）了解经典的相对性原理

（3）知道相对性原理与电磁规律之间的矛盾

（4）知道狭义相对论的两个基本假设

过程与方法：

（1）了解对经典物理学内部矛盾的探索过程

（2）理解爱因斯坦建立相对论的科学探究思想和逻辑推理方法

情感态度价值观：

（1）明确物理理论的发展的基础——实验

二、学情分析

学生对牛顿经典力学和电磁学的理论知识已经有了比较深入的认识和理解，但是运用经典相对性原理对光速问题研究得出结论，与迈克尔逊—莫雷实验实验结果不符，这一结论还特别为后来的很多精确的实验所证实。对此矛盾、物理学家有几种选择。一是修改现有理论以迎合新的客观事实；二是创新全新的理论。在此背景下，狭义相对论的两个基本假设诞生，对两个基本假设初步理解，从此把学生的思维与目光引到更为广阔天地。

三、教学重点、难点

狭义相对论的两点假设

四、教学过程

视频引入新课

教师介绍相对论诞生的历史背景

要了解相对论怎样产生及产生历程首先：

（一）经典的相对性原理

教师：生活中的相对性随处可见

教师举例：物体甲以3m/s向右运动，物体乙以2m/s向右运动，实际我们选什么做参考系的？

学生：地面。

教师：分别选地面和甲做参考系说出乙的运动情况?

学生：以地面为参考系乙速度大小2m/s，方向向右，以甲为参考系乙速度大小1m/s，方向向左。

教师：由以上实例我们归纳出两点内容：

（1）研究物体的运动必须选参考系。

（2）同一运动选不同参考系速度不一定相同。

教师:要研究物体运到必须涉及到参考系概念，《必修1》我们已经掌握了惯性系概念。

学生：牛顿运动定律成立的参考系，相对于一个惯性参考系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。

教师：下面我们通过一段材料，在不同惯性系中研究物体运动情况。

教师指导学生完成阅读伽利略《关于两个世界的对话》，并引导组织学生分组讨论完成：

问题1：两种不同的惯性参考系中观察到的各种现象有变化吗？所遵守的力学规律都相同吗？

问题2：在一个惯性参考系内进行的任何力学实验能不能判断这个惯性系相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动？

教师提问：伽利略相对性原理有两种表述各是什么？

学生回答：1、力学规律在任何惯性系中都是相同的。

2、在一个惯性参考系内进行的任何力学实验都不能判断这个惯性系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的。（二）相对性原理与电磁规律

教师：相对性原理简单自然，取得了巨大的成就，而且与生活经验一致。因此很长时间没有人怀疑，甚至思考过相对性原理。然而相对性原理在电磁学领域，研究光速问题遇到了麻烦。教师问题：相对性原理和电磁理论的矛盾是什么？教师指导学生完成教材阅读，并组织学生分组讨论。

学生回答：麦克斯韦的电磁理论光速恒定，并不涉及参考系问题，相对性原理得出光速并不是对任何惯性系都一样。

教师提问：针对教材图15.1—1,光相对参考系s和s’的速度分别多少？

学生回答：光相对参考系s的速度是v，光相对参考系s’的速度是c-v。

教师：光速相对不同惯性系并不一定相同。

教师通过教材图15.1—1flash课件演示，进一步深化经典相对性原理对光速问题解释。

教师提问：麦克斯韦的电磁理论对光速问题的解释是什么？

学生回答：麦克斯韦的电磁理论光速恒定，并不涉及参考系问题。

教师设问：麦克斯韦的电磁理论真空中电磁波速是光速C是指在那个参考系中来说呢?有无这样的特殊的参考系呢？实验过程及事实是怎样的呢？

教师引出麦克尔逊—莫雷实验。

教师介绍实验器材：光源、分光镜、反射镜M1、反射镜M2

教师通过师生互动介绍实验背景和实验过程：19世纪流行着一种“以太”学说，物理学家们曾经猜想，有一种叫做以太的介质，弥漫在宇宙中，并把“以太”看做绝对惯性系，地球以每秒30公里的速度绕太阳运动，相对以太速度也应该是每秒30公里，同时，它也必须对光的传播产生影响。假设以太相对太阳静止，仪器在实验坐标系中相对于以太以公转轨道速度v向右运动。由经典相对性原理光源发光经分光镜分成两束光，光束1自左向右的速度为c+v，光束1经反射镜M1反射速度为c-v，再经分光镜投射到观测屏。光束2自下向上与经反光镜M2反射自上向下的速度应该都为c2-

教师提供视频演示麦克尔逊—莫雷实验，并进一步介绍两束光在观测屏形成干涉条纹。通过分析干涉条纹，得出两个方向光速相同。

实验结果：证明了光速与光源和测量者的相对运动无关，亦即与参照系无关。否定了以太的存在。

学生讨论