人教2003课标版《2时间和空间的相对性》优质课教案设计

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体会崭新的相对论时空观，学会辩证地看待经典的物理学理论。

教学重点和难点

重点在于让学生理解三个相对性。

难点在于如何从“同时”的相对性推导得出另外的两个相对性。

教学过程

引入新课：

教师创设情境：我站在讲台前提问，看到坐在同一列上的一前一后的同学A 和同学B 举手了，便说：“我看到两位同学同时举手了。”那么，按照你们现有的理论分析一下：两位同学果真是同时举手的吗？

学生讨论后回答：老师您同时看到他们举手，说明两位同学举手这一事件所发出的光线同时到达您的眼睛，由于同学A离您的距离近，光线传播需要的时间少，所以同学B应该比同学A先举手。

老教师点评：对于“同时”的准确理解是两事件发生地离开观察者的距离相同，且观察者同时接收到两事件发出的光线。我们生活在低速的宏观世界里，因为光线传播的速度实在太快了，所以光线传播引起的时间差通常忽略不计，但在精确的理论运算中不能有丝毫误差，上述细微的差别也必须考虑在内。

“同时”的相对性

探究情境1：一列火车沿平直轨道飞快地匀速行驶。处于车厢中点的光源发出了一个闪光，闪光照射到车厢的前臂和后壁是两个独立的事件。车厢内的观察者依据得出结论：这两个事件是同时发生的。但是地面上的观察者认为，闪光从发出到抵达厢壁需要一小段时间，在这段时间里，后壁、前臂都要往前挪动一小段距离，导致往后壁方向传播的距离稍短一些，依据光速不变原理和，不难发现，闪光将先到达后壁，迟一些到达前臂，两个事件不再同时发生。试讨论：哪个人的观点是对的？

学生分析：二人说法都是对的。对不同的观察者来说，“同时”是相对的!

教师展示Flash动画，帮助学生更好地理解上述现象。

探究情境2：与情境1类似，列车K某车厢的中点放置一个光源，它发出一个闪光，车厢中的观察者依据认为闪光同时到达前臂和后壁（事件A和B）。但与情境1不同的地方在于，列车K是静止于车站内的。若此时有另一列火车L从旁边高速驶过，那么处于火车L中的观察者还会认为两事件同时发生吗？

学生分析：火车L中的人以自己为参考系，认为自己静止不动，而火车K 以向右的速度v 向自己驶来，闪光发出的时候还在车厢中点，但是闪光在飞向车厢前后壁的过程中，火车向B 端驶过一小段距离，所以闪光到达A车厢壁的路程短，应该先照亮A 车厢壁。

【典例精析1】地面上的人认为A、B 两个事件同时发生。对于坐在火箭中沿两个事件发生地点连线平行的人来说哪个事件先发生？

教师点拨：可把A、B置视为情境2里面的两个车厢壁，假设在它们的中点有一个光源，发出一个闪光。

学生分析：骑在火箭上的人把自己选为参考系，则A、B就以等大方向的速度向自己靠近，就像情境2里面车厢的前、后壁那样，从中点发出的闪光，显然会先到达B，即事件B先发生。

教师小结：沿着前进方向看，远一些位置的事件先发生！

长度的相对性

探究情境3：一火车以速度v 匀速行驶，地面有一人利用固定在地面上的尺子同时读出M、N两点的坐标，得出地面坐标系中杆的长度，对于车上的观察者会如何评论地面观察者的测量过程呢？

学生甲分析：火车上的观察者类似于典例精析1中骑在火箭上的人，在他看来，沿着自己前进方向上靠前位置的事件先发生，即地面上的观察者先在N端读数，后在M端读数，而在这期间杆已经向右运动了一小段，因此火车上的观察者断定，地面观察者测得的杆长会比自己测得的数值小一些。

学生乙分析：也可以在地面观察者的左右两端各取一个点，命名为和，它们到地面观察者的距离相等，且、的间距等于杆的静止长度。火车上的观察者把自己选为参考系，他发现地面上的观察者、、向左以速度v运动。若地面观察者发出一个闪光，显然先到达，所以火车上的观察者认为地面上的观察者先在N端读数，后在M端读数，使得测出的杆长比自己测得的数值小一些。

教师小结：一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止时的长度小。

对于这个结论我们需要了解：（1）这个效应是真实存在的，并非幻觉；（2）仅在沿着运动方向上的长度会收缩，垂直于运动方向上的长度不会收缩；（3）这个效应是相对的，即高速运动的物体上的人也会看到地面上的物体沿运动方向长度变短；（4）物体的运动速度越大收缩效应越明显。