《第1节 初识相对论》优质课教学设计（统编鲁科版）下载

《第1节 初识相对论》课堂教学教案教学设计（统编鲁科版）下载

科学探究：知道在可靠的实验事实基础上，进行科学推理、合理假设等科学研究方法的重要性。

科学态度与责任：通过学习，体会在科学研究中不放过丝毫疑惑、穷根究理的态度和责任。

1、教学重点：对狭义相对论的两个基本原理内容的了解及对科学推理、合理假设的科学研究方法

的理解。

2、教学难点：对狭义相对论的两个基本原理内容的了解。

多媒体课件

【新课导入】

自然和自然的法则在黑暗中隐藏；上帝说，让牛顿去吧！于是一切都被照亮。魔鬼说，让爱因斯坦去吧！于是一切又回到黑暗中。

【新课内容】

一.迈入新世界

1900年，英国物理学家开尔文踌躇满志地宣告：在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。但是在这尽善尽美之中，还有一点小小的遗憾。用开尔文的话说，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的“乌云”。

物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的“乌云”

“以太漂移”，迈克尔逊－莫雷实验表明，以太不存在。

“紫外灾难”，由经典理论得出的瑞利－金斯公式，在高频部分趋于无穷。

正是这两朵乌云(后来还出现了其它更多的乌云)，不久便掀起了物理学上深刻的革命：一个导致相对论的建立，一个导致量子力学的诞生。

我们知道，水波的传播要有水作为媒介，声波的传播要有空气作为媒介。经典物理学家曾认为，“以太”是光波的传播介质，这种介质绝对静止、密度极小（几乎为0）、硬度极大、完全透明，充满宇宙空间，渗透于一切物体。若真存在“以太”，地球在“以太”的海洋中自转、公转，则一定会有“以太风”迎面扑来。因此，探索“以太风”的存在，确定地球和“以太”的相对运动，就成为19世纪后半叶物理学的一个重要课题。

按照经典时空观的运动合成原理，在以大小为v1的速度水平行驶的汽车上，有人相对于汽车以大小为v2的速度将一物体水平抛出。在静止于路边的观察者看来，若物体抛出时与汽车同向，则物体速度大小为v1+v2；若反向，则物体速度大小为v2-v1。

同样道理，假设光相对“以太”的传播速度为c，地球相对“以太”的运行速度为w，当光速c与地球速度v的方向相同时，则静止在地球上的人观测到该光的速度为c'=c-v；当光速c与地球速度υ的方向相反时，则此人观测到该光的速度为c'=c+v。如果能通过实验测量到这种差别，就能够证明“以太”的存在。

1887年，美国物理学家迈克尔孙（A.Michelson，1852-1931）与莫雷（E.Morley，1838-1923）合作，进行了著名的迈克尔孙一莫雷实验。实验证明，不论地球运动的方向同光的射向一致还是相反，测出的光速都相同，在地球同设想的“以太”之间没有相对运动，找不到“以太”。这一实验没有支持“以太”说。这便是开尔文所说的在物理学晴朗天空远处的一朵令人不安的“乌云”，也反映了牛顿力学的局限性。

二.两条假说

爱因斯坦经过不懈的探索加上非凡的抽象思维能力，最终拨开了物理学天空中令人不安的“乌云”，提出了著名的相对论（relativity）。他于 1905 年提出两个基本假设：

1. 相对性原理（爱因斯坦相对性原理）：

所有物理规律在一切惯性参考系中都具有相同的形式。

即力学定律从一个惯性系换算到另一个惯性系时，定律的表述形式保持不变。

2. 光速不变原理：