相对论的诞生 说课稿 教案
相对论的诞生 说课稿 教案
相对论的诞生◆教学目标一、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二、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三、情感态度价值观：明确物理理论的发展的基础——实验◆教学重点、难点狭义相对论的两点假设◆教学活动介绍相对论诞生的历史背景:引入：牛顿的经典力学的基础就是以牛顿命名的三条定律，这一理论形成于十七世纪，在以后的两个多世纪里，牛顿力学对科学和技术的发展起了巨大的推动作用，同时自身也得到了很大发展。
但是，进入二十世纪，物理学研究的领域开始深入到了微观高速领域，这时人们发现牛顿力学在这些领域不再适用。
物理学的发展要求对牛顿力学以及某些长期认为是不言自明的基本观念作出根本性的变革，物理学需要一场革命！二十世纪初诞生的相对论和量子力学就是这场从经典物理向近代物理变革的标志介绍相对论诞生的历史背景①以太的研究：以太透明；以太的密度很小（光速很大）；以太很硬（电磁波为横波）；以太无所不在，充满整个空间。
②光速的测量：斐索光速测定③迈克尔逊-莫雷实验的意义：证明以太不存在；暗示真空中光速在任何参考系都不变；一、经典的相对性原理1、几个经典概念和规律①空间：人们通常所说的空间量，不外乎线的长度、平面物曲面的面积、形体的体积等等．它们都可以用标准尺来量度．②时间：通常，时间不外乎两个事件的时间间隔、一个事件比另一个事件发生得早些或晚些、两个事件同时发生等等．原则上时间都可以用标准钟来量度．③牛顿在他所著的《自然哲学的数学原理》一书中写道：绝对的空间，本质上是与外界无关的，是同一的和静止的．绝对的时间，本质上是一种与外界物体无关的均匀流动．这就是牛顿力学中的绝对空间和绝对时间概念．④空时坐标（1）空间坐标：需要3个空间量．比如：（x、y、z）．（2）空时坐标：需要4个数．比如：（x、y、z、t）．⑤速度合成法则：（1）伽利略变换式：设有两个参考系S和作匀速运动，且S/相对S沿X轴以速度v运动．则事件P在两坐标系中变换关系是（2）速度合成法则：设质点在在S/中的速度为u /，则在S 中的速度为u =u /+v⑥惯性系： 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。
人教版高中物理选修3-415.1相对论的诞生、15.2时间和空间的相对性教学案
1相对论的诞生2时间和空间的相对性能说出狭义相对论)相对论的诞生[先填空]1．经典的相对性原理(1)表述一：力学规律在任何惯性系中都是相同的．(2)表述二：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参考系是否相对于另一个惯性系做匀速直线运动．(3)表述三：任何惯性参考系都是平权的．2．狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．[再判断]1．静止或匀速直线运动的参考系是惯性系．(√)2．由于在任何惯性系中力学规律都是相同的，因此，研究力学问题时可以选择任何惯性系．(√)3．在不同的惯性系中，光速是不相同的．(×)[后思考]1．牛顿运动定律的适用条件是什么？【提示】宏观物体、低速运动和惯性参考系．2．伽利略的相对性原理与狭义相对性原理有什么不同？【提示】伽利略的相对性原理认为力学规律在任何惯性系中是相同的；狭义相对性原理认为在不同惯性系中一切物理规律都是相同的．[核心点击]1．惯性系和非惯性系牛顿运动定律能够成立的参考系，相对于这个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．2．伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系中都是相同的，即任何惯性参考系都是平权的．3．相对性原理与电磁规律根据麦克斯韦的电磁理论，真空中的光速在任何惯性系中都是一个常量，但是按照伽利略的相对性原理，在不同惯性系中的光速应是各不相同的．迈克耳孙—莫雷实验证明：不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的．4．迈克耳孙—莫雷实验(1)实验背景：根据麦克斯韦的电磁理论可以直接得到真空中电磁波的速度，并不需要初始条件，也就是说，“电磁波的速度是c”，这本身就是电磁规律的一部分，而不是电磁规律应用于某个具体事物的结论．于是，问题出现了：麦克斯韦的电磁理论相对哪个参考系成立？如果它相对参考系S是正确的，另外还有一个参考系S′，S′相对于S以速度v运动，那么光相对于S′的速度应该是(c－v)而不是c，好像电磁规律不是对任何惯性系都一样．(2)实验结论：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．1．假设有一天某人坐在“神舟”号飞船上，以0.5c的速度遨游太空，当他打开一个光源时飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为________，飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为________，在垂直飞船前进方向地面上的观察者看到这一光速是________．【解析】根据狭义相对论的假设，真空中的光速相对于不同的惯性参考系是相同的，即在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c.【答案】c c c2．如图15-1-1所示，思考以下几个问题：(光速用c表示)图15-1-1(1)若参考系O ′相对于参考系O 静止，人看到的光速应是多少？(2)若参考系O ′相对于参考系O 以速度v 向右运动，人看到的光速应是多少？(3)若参考系O 相对于参考系O ′以速度v 向左运动，人看到的光速又是多少？【解析】 根据狭义相对论的光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系．因此三种情况下，人观察到的光速都是c .【答案】 (1)c (2)c (3)c1．爱因斯坦提出的两条基本假设是相对论的基础，对同时的相对性等经典力学所无法解决的问题，应紧紧抓住两条基本假设这一关键点来解决．2．真空中对不同的惯性参考系来说，光速都是相同的．3．经典力学的结论是有一定局限性的，一般只适用于宏观物体的低速运动．时间和空间的相对性[先填空]1．“同时”的相对性(1)经典时空观：在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察也是同时的．(2)相对论时空观：“同时”具有相对性，即在同一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察可能不是同时的．2．“长度”的相对性(1)经典的时空观：一条杆的长度不会因为观察者是否与杆做相对运动而不同．(2)相对论的时空观：“长度”也具有相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比静止长度小，但在垂直于杆的运动方向上，杆的长度没有变化．(3)相对长度公式：设相对于杆静止的观察者认为杆的长度为l 0，与杆有相对运动的人认为杆的长度为l ，杆相对于观察者的速度为v ，则l 、l 0、v 的关系是：l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2. 3．时间间隔的相对性 (1)经典的时空观：某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们的时间间隔总是相同的．(2)相对论的时空观：某两个事件，在不同的惯性参考系中观察，它们的时间间隔是不同的，惯性系速度越大，惯性系中的时间进程进行得越慢．非但如此，惯性系中的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了．(3)相对时间间隔公式：设Δτ表示静止的惯性系中观测的时间间隔，Δt 表示以v 高速运动的参考系中观察同样两事件的时间间隔，则它们的关系是：Δt ＝Δ τ1－⎝⎛⎭⎫v c 2.[再判断]1．根据相对论的时空观，“同时”具有相对性．(√)2．相对论时空观认为，运动的杆比静止的杆长度变大．(×)3．高速飞行的火箭中的时钟要变慢．(√)[后思考]1．尺子沿任何方向运动其长度都缩短吗？【提示】 尺子沿其长度方向运动时缩短，在垂直于运动方向长度不变．2．以任何速度运动，时间延缓效应都很显著吗？【提示】 不是．当u →c 时，时间延缓效应显著；当u ≪c 时，时间延缓效应可忽略．[核心点击]1．“动尺缩短”狭义相对论中的长度公式l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2中，l 0是相对于杆静止的观察者测出的杆的长度，而l 可以认为是杆沿自己的长度方向以速度v 运动时，静止的观察者测量的长度．2．“动钟变慢”时间间隔的相对性公式Δ t ＝Δτ1－⎝⎛⎭⎫v c 2中，Δτ是相对事件发生地静止的观察者测量同一地点的两个事件发生的时间间隔，而Δt 是相对于事件发生地以速度v 高速运动的观察者测量同一地点的同样两个事件发生的时间间隔．3．分析时间间隔和长度变化时应注意的问题(1)时间间隔、长度的变化，都是由于物质的相对运动引起的一种观测效应，它与所选取的参考系有关，物质本身的结构并没有变化． (2)两个事件的时间间隔和物体的长度，必须与所选取的参考系相联系，如果在没有选取参考系的情况下讨论时间的长短及空间的尺寸，是没有任何意义的．3．某宇航员要到离地球5光年的星球上去旅行，如果希望把这路程缩短为3光年，则他所乘飞船相对地球的速度为________．【解析】 由l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2得，3＝51－⎝⎛⎭⎫v c 2，解得v ＝0.8c . 【答案】 0.8c 4．用相对论的观点判断，下列说法正确的是( )【导学号：23570153】A ．时间是绝对的，空间是相对的B ．时间和空间都是绝对的，在任何参考系中一个事件发生的时间和一个物体的长度总不会改变C ．在地面上的人看来，高速运动的飞船中的时钟会变慢，但是飞船中的宇航员却看到时钟是准确的D ．在地面上的人看来，高速运动的飞船在运动方向上会变窄，而飞船中的宇航员却感觉到地面上的人看起来比飞船中的人扁一些E ．当物体运动的速度v ≪c 时，“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计【解析】 时间和空间都是相对的，故选项A 、B 的说法错误；根据“时间膨胀”和“长度收缩”效应，选项C 、D 的说法正确；当速度v ≪c 时，1－⎝⎛⎭⎫v c 2≈1，所以“时间膨胀”和“长度收缩”效应可忽略不计，故选项E 说法正确．【答案】 CDE5．地面上长100 km 的铁路上空有一火箭沿铁路方向以30 km/s 的速度掠过，则火箭上的人看到铁路的长度应该为多少？如果火箭的速度达到0.6c ，则火箭上的人看到的铁路的长度又是多少？【解析】 当火箭速度较低时，长度基本不变，还是100 km.当火箭的速度达到0.6c 时，由相对论长度公式l ＝l 01－⎝⎛⎭⎫v c 2代入相应的数据解得：l ＝100×1－0.62 km ＝80 km. 【答案】 100 km 80 km应用相对论“效应”解题的一般步骤1．应该通过审题确定研究对象及研究对象的运动速度．2．明确求解的问题，即明确求解静止参考系中的观察结果，还是运动参考系中的观察结果．3．应用“尺缩效应公式”或“时间延缓效应公式”进行计算．。
15.1 相对论的诞生 优秀教案优秀教学设计高中物理选修3-4新课
1-2 相对论的诞生时间和空间的相对性教学目的：1．了解相对论的诞生及发展历程2．了解时间和空间的相对性3．了解狭义相对论和广义相对论的内容教学重点：时间和空间的相对性、狭义相对论和广义相对论教学难点：时间和空间的相对性教学过程：狭义相对论的基本假设牛顿力学是在研究宏观物体的低速（与光速相比）运动时总结出来的.对于微观粒子，牛顿力学并不适用，在这一章中我们还将看到，对于高速运动，即使是宏观物体，牛顿力学也不适用.19世纪后半叶，关于电磁场的研究不断深入，人们认识到了光的电磁本质.我们已经知道，电磁波是以巨大的速度传播的，因此在电磁场的研究中不断遇到一些矛盾，这些矛盾导致了相对论的出现.相对论不仅给出了物体在高速运动时所遵循的规律，而且改变了我们对于时间和空间的认识，它的建立在物理学和哲学的发展史上树立了一座重要的里程碑.经典的相对性原理如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系，相对一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系.我们引用伽利略的一段话，生动地描述了一艘平稳行驶的大船里发生的事情.“船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比向另一方向用更多的力.你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同.当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化.你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动”通过这段描述以及日常经验，人们很容易相信这样一个论述：力学规律在任何惯性系中都是相同的.这个论述叫做伽利略相对性原理.相对性原理可以有不同的表述.例如还可以表述为：在一个惯性参考系内进行任何力学实验都不能判断它是否在相对于另一个惯性参考系做匀速直线运动；或者说，任何惯性系都是平权的.在不同的参考系中观察，物体的运动情况可能不同，例如在一个参考系中物体是静止的，在另一个参考系中看，它可能是运动的，在不同的参考系中它们运动的速度和方向也可能不同.但是，它们在不同的惯性系中遵从的力学规律是一样的，例如遵从同样的牛顿运动定律、同样的运动合成法则……光速引起的困难自从麦克斯韦预言了光的电磁本质以及电磁波的速度以后，物理学家们就在思考，这个速度是对哪一个参考系说的？如果存在一个特殊的参考系O，光对这个参考系的速度是c，另一个参考系O′以速度v沿光传播的方向相对参考系O运动，那么在O′中观测到的光速就应该是c-v，如果参考系O′逆着光的传播方向运动，在参考系O′中观测到的光速就应该是c+v.由于一般物体的运动速度比光速小得多，c+v和c-v与光速c的差别很小，在19世纪的技术条件下很难直接测量，于是物理学家们设计了许多巧妙的实验，力图测出不同参考系中光速的差别.最著名的一个实验是美籍物理学家麦克尔逊设计的.他把一束光分成互相垂直的两束，一束的传播方向和地球运动的方向一致，另一束和地球运动的方向垂直，然后使它们发生干涉，如果不同方向上的光速有微小的差别，当两束光互相置换时干涉条纹就会发生变化.由于地球在宇宙中运动的速度很大，希望它对光速能有较大的影响.但是，这个实验和其他实验都表明，不论光源和观察者做怎样的相对运动，光速都是相同的.这些否定的结果使当时的物理学家感到震惊，因为它和传统的观念，例如速度合成的法则，是矛盾的.狭义相对论的两个假设上面的矛盾使我们面临一个困难的选择：要么放弃麦克斯韦的电磁理论，要么否定特殊参考系的存在.爱因斯坦选择了后者.他认为，既然在不同的惯性系中力学规律都一样，我们会很自然地想到，电磁规律在不同的惯性系中也是一样的，也就是说，并不存在某一个特殊参考系（例如地球参考系、太阳参考系，或者所谓的以太……）爱因斯坦把伽利略的相对性原理推广到电磁规律和一切其他物理规律，成为他的第一个假设：不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的.这个假设通常称为爱因斯坦相对性原理.另一条假设是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动没有关系.这个假设通常叫做光速不变原理.这两个假设似乎是麦克尔逊实验的直接结论，为什么还要叫做假设？这是因为，虽然实验表明了假设所说的内容，但这终归是有限的几次实验.只有在从这两个假设出发，经过逻辑推理（包括数学推导）所得出的大量结论都与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理.同时的相对性作为相对论的两个假设的直接推论，现在讨论“同时”的相对性，以体会相对论描述的世界和我们日常的经验有多大的差别.我们研究两个“事件”的同时性.在这里，“事件”可以指一个光子与观测仪器的碰撞，也可以指闪电对地面的打击，还可以指一个婴儿的诞生……假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶.车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是两个事件.车上的观察者认为两个事件是同时的.在他看来这很好解释，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁（见课本99页图甲）.车下的观察者则不以为然.他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁.他的解释是：地面也是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时刻也就晚些（见课本99页图乙），这两个事件不同时.在经典物理学家的头脑中，如果两个事件在一个参考系中看来是同时的，在另一个参考系中看来一定也是同时的，这一点似乎天经地义，无需讨论.但是，如果接受了爱因斯坦的两个假设，我们自然会得出“同时是相对的”这样一个结论.为什么在日常生活中没有人觉察到这种相对性？原来，火车运动的速度远远小于光速，光从车厢中央传播到前后两壁的短暂时间内，火车前进不了多大距离，因此地面观察者不会发现闪光到达前壁、后壁的时间差.时间和空间的相对性时间间隔的相对性经典物理学认为，某两个事件，在不同的惯性系中观察，它们发生的时间差，也就是它们的时间间隔，总是相同的.但是，从狭义相对论的两个基本假设出发，我们会看到，时间间隔是相对的.还以高速火车为例，假设车厢地板上有一个光源，发出一个闪光.对于车上的人来说，闪光到达光源正上方h高处的小镜后被反射，回到光源的位置，往返所用的时间为△t′.对于地面的观察者来说，情况有所不同.从地面上看，在光的传播过程中，火车向前运动了一段距离，因此被小镜反射后又被光源接收的闪光是沿路径AMB传播的光.如果火车的速度为v，地面观察者测得的闪光从出发到返回光源所用时间记为△t，那么应用勾股定理可得这又是一个令人吃惊的结论：关于闪光从光源出发，经小镜反射后又回到光源所经历的时间，地面上的人和车上的人测量的结果不一样，地面上的人认为这个时间长些.更严格的推导表明，（1）式具有普遍意义，它意味着，从地面上观察，火车上的时间进程变慢了，由于火车在运动，车上的一切物理、化学过程和生命过程都变慢了：时钟走得慢了，化学反应慢了，甚至人的新陈代谢也变慢了……可是车上的人自己没有这种感觉，他们反而认为地面上的时间进程比火车上的慢，因为他们看到，地面正以同样的速度朝相反的方向运动！式又一次生动地展示了时间的相对性.长度的相对性在这一小节中我们将要说明，高速火车上的一个杆，当它的方向和运动方向平行时，地面上的人测得的杆长要小于火车上的人测得的杆长！假设一个杆沿着车厢运动的方向固定在火车上，和车一起运动.在火车上的人看来，杆是静止的.他利用固定在火车上的坐标轴，测出杆两端的位置坐标，坐标之差就是他测出的杆长L′.地面上的人要利用固定在地面上的坐标轴，测出杆两端的位置坐标，坐标之差就是他测出的杆长L.可是，对于地面上的人，杆是运动的，要使这种测量有意义，他必须同时测出杆两端的位置坐标；如果在某一时刻测出杆一端的位置坐标，在另一时刻测出另一端的位置坐标，坐标之差就不能代表杆长了.火车上的人和地面上的人各自用上述方法测量随车运动的杆长，结果发现，L′＞L.他们两人的测量都是符合测量要求的，但测量结果不同，这跟同时的相对性有关.地面上的人认s为同时的两个事件（同时对A、B两端读数），火车上的人认为不是同时的.火车上的人认为，地面上的人对B端的读数早些，对A端的读数迟些，在这个时间内杆向前运动了一段距离，因而地面上的人测得的杆长比较短.2t τ=⎛式具有普遍意义，也就是说，一个杆，当它沿着自身的方向相对于测量者运动时，测得的长度比它静止时的长度小，速度越大，差别也越大.这就是我们所说的空间的相对性.当杆沿着垂直于自身的方向运动时，测得的长度和静止时一样.可以想像这样一幅图景：一列火车以接近光的速度从我们身边飞驶而过，我们感到车厢变短了，车窗变窄了……火车越快，这个现象越明显，但是车厢和车窗的高度都没有变化.车上的人有什么感觉呢？他认为车上的一切都和往常一样，因为他和火车是相对静止的.但是，他却认为地面上的景象有些异常：沿线的电线杆的距离变短了，面对铁路线的正方形布告牌由于宽度变小而高度未变竟成了窄而高的矩形……时空相对性的实验验证从l l =1）、2t τ=⎛（2）（两式可以看到，只有当两个参考系的相对速度可与光速相比时，时间与空间的相对性才比较明显.目前的技术还不能使宏观物体达到这样的速度，但是随着对微观粒子研究的不断深入，人们发现，许多情况下粒子的速度会达到光速的90％以上，时空的相对性应该是不可忽略的.事实正是如此.时至今日，不但狭义相对论的所有结论已经完全得到证实，实际上它已经成为微观粒子研究的基础之一.时空相对性的最早证据跟宇宙线的观测有关（1941年）.宇宙线是来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，它和高层大气作用，又产生多种粒子，叫做次级宇宙线，它们统称宇宙线.次级宇宙线中有一种粒子叫做μ子，寿命不长，只有3.0μs ，超过这个时间后大多数μ子就衰变为别的粒子了.宇宙线中μ子的速度约为0.99c ，所以在它的寿命之内，运动的距离只有约890m.μ子生成的高度在100km 以上，这样说来宇宙线中的μ子不可能到达地面.但在实际上，地面观测到的宇宙线中有许多μ子，这只能用相对论来解释.我们说μ子的寿命为3.0μs ，这是在与它相对静止的参考系中说的.从地面参考系看，μ子在以接近光速的速度运动，根据（l ）式，它的寿命比3.0μs 长得多，在这样长的时间内，许多μ子可以飞到地面.如果观察者和μ子一起运动，这个现象也好解释.这位观察者看到，μ子的寿命仍是3.0μs，但是大地正向他扑面而来，因此大气层的厚度不是100km，由于长度的相对性，在他看来大气层比100km薄得多，许多μ子在衰变为其他粒子之前可以飞过这样的距离.相对论的第一次宏观验证是在1971年进行的.当时把铯原子钟放在喷气式飞机上作环球飞行，然后与地面上的基准钟对照.实验结果与理论预言符合得很好.相对论的时空观什么是时间？什么是空间？时间和空间有什么性质？经典物理学对这些问题并没有正面回答.但是从它对问题的处理上，我们体会到，经典物理学认为空间好像一个大盒子（一个没有边界的盒子），它是物质运动的场所.至于某一时刻在某一空间区域是否有物质存在，物质在做什么样的运动，这些对于空间本身没有影响，就像盒子里是否装了东西对于盒子的性质没有影响一样.时间与此相似，它在一分一秒地流逝，与物质的运动无关.换句话说，经典物理学认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间也是没有联系的.相对论则认为有物质才有空间和时间，空间和时间与物质的运动状态有关.前面已经看到，在一个确定的参考系中观察，运动物体的长度（空间距离）和它上面物理过程的快慢（时间进程）都跟物体的运动状态有关.我们生活在低速运动的世界里，因此自然而然地接受了经典的时空观，过去谁都未曾有意识地考虑过空间与时间的性质.只有当新的实验事实引出的结论与传统观念不一致时，人们才回过头来认真思考过去对于空间和时间的认识.科学的发展和人对于自然界的认识就是这样一步一步地前进的.新科学没有全盘否定经典物理学，经典物理学建立在实验的基础上，它的结论又受到无数次实践的检验.虽然相对论更具有普遍性，但是经典物理学作为它在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用.仍以高速火车为例.设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u为正值，如果车上人的运动方向与火车的运动方向相反，则u′取负值.这两个速度的方向垂直或成其他角度时，（1）式不适用，这种情况不做讨论.按照经典的时空观，u=u′+v.而从（1）式来看，实际上人对地面的速度u比u′与v之和要小，不过只有在u′和v的大小可以与c相比时才会观察到这个差别.从（1）式还可以看出，如果u′和v都很大，例如十分接近光速，它们的合速度也不会超过光速，也就是说，光速是速度的极限.此外，当u′=c时，不论v取什么值，总有u=c，这表明，从不同参考系中观察，光速都是相同的，这和相对论的第二个假设一致.教学反思。
《相对论的诞生》 说课稿
《相对论的诞生》说课稿尊敬的各位评委、老师：大家好！今天我说课的题目是《相对论的诞生》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程、板书设计这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析《相对论的诞生》这一内容选自高中物理选修 3-4 中的第十六章。
相对论是现代物理学的重要基石之一，它对于人类认识自然界的本质和规律具有极其深远的影响。
本节课主要介绍了相对论诞生的背景、爱因斯坦提出相对论的思维过程以及相对论的基本原理和重要结论。
通过学习这部分内容，学生可以了解物理学的发展历程，感受科学家的创新精神，培养科学思维和探索精神。
教材在内容编排上，先从经典物理学的局限性入手，引出相对论产生的必要性。
然后通过对光速不变原理和相对性原理的阐述，逐步推导出狭义相对论的基本方程和重要结论，如时间膨胀、长度收缩等。
最后简单介绍了广义相对论的基本思想和一些重要的实验验证。
二、学情分析授课对象为高中学生，他们已经具备了一定的物理基础知识和逻辑思维能力，但相对论的概念较为抽象，学生在理解上可能会存在一定的困难。
学生在之前的学习中已经接触了牛顿力学等经典物理学的知识，形成了一定的思维定式。
而相对论对时空观念的颠覆，需要学生打破传统的认知，这对学生的思维能力是一个很大的挑战。
不过，高中生具有较强的好奇心和求知欲，对于新奇的科学知识充满兴趣。
只要引导得当，能够激发他们的学习热情，帮助他们克服困难，理解相对论的基本概念。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）了解相对论诞生的历史背景和爱因斯坦提出相对论的思维过程。
（2）理解狭义相对论的两个基本原理：光速不变原理和相对性原理。
（3）掌握狭义相对论的时间膨胀和长度收缩等重要结论，并能进行简单的计算。
2、过程与方法目标（1）通过对经典物理学与相对论的对比，培养学生的质疑精神和创新思维。
（2）通过对相对论基本原理的推导和分析，提高学生的逻辑推理能力和数学应用能力。
3、情感态度与价值观目标（1）感受爱因斯坦等科学家的创新精神和科学态度，激发学生对科学的热爱和追求。
湖北省阳新高中物理选修3-4 15.1《相对论的诞生》教案4(新人教版)
南充高中2012—2013学年度上学期期中考试高2012级雅思试题Section one（每题0.5分，共7分）1.Vocabularydrawer抽屉ball-point 圆珠笔的cloak room衣帽寄存处pack一包，一组gown 长袍2.ExercisesA) Choose the best answer (A, B or C) to complete each of the following statements concerning Dialogues 1—7. The dialogues will be spoken only once.Dialogue 151. Mr. Morgan's son is_________A) Irish B) Welsh C) EnglishDialogue 252.The woman's parents live in_________A) Australia B) Greece C）YugoslaviaDialogue 353. Jone Smith is a ________A) librarian B) nurse C) typistDialogue 454. The man is in a _________A) cinema B) hotel C) cloak roomDialogue 555.Miss Clark's handbag is a _________A) big leather one B) small plastic one C) white straw oneDialogue 656. The second man is looking at _________A) some rare stampsB) some expensive skirtsC) some beautiful slippersDialogue 757. Miss Green is _________ at the moment.A) in her kitchen cookingB) in her office typingC) in her bedroom sleepingB) Answer the following questions concerning Dialogues 8—14. The dialogues will be spoken only once.Dialogue 8What are there in the drawer?_________________________________________________________________Dialogue 9How much oil does the man want?_________________________________________________________________Dialogue 10What is there in the cupboard?_________________________________________________________________Dialogue 11Where is Miss Sue from?_________________________________________________________________Dialogue 12What is Miss Jenkins?_________________________________________________________________Dialogue 13Why does she like her manager?_________________________________________________________________Dialogue 14What is the man looking for?_________________________________________________________________Section Two（每题0.5分，共18分）1.Vocabularysell out出售reserve预定intend to打算，计划dial拨打sack解雇comment on对…进行评价2 .ExercisesA) Telephone Conversation1:Fill in the missing words. The conversation will be spoken twice.Clerk: Cambridge Theatre. Box Office.Henry: Have you got any tickets for Romeo and Juliet 1）__________________ evening?Clerk: Which performance? 2）____________or3）_______________?Henry: 4）____________, please.Clerk：Sorry, that performance is5）_________________.Henry: Well, have you got 6）________________________ for the7）______________________ performance?Clerk: Yes, we have tickets at8）________________, 9）____________ and10）____________.Henry: 11）____________ reserve two seats at12）_______________________,please.Clerk：Right. That's two tickets at13)____________.14)____________, 15)____________performance.16) ________________________, please?Henry：Bishop. Henry Bishop.Clerk：Thank you. You'll collect the tickets before17) ___________on18)____________，won't you,?Henry：Yes, of course. Thank you. Goodbye.B)Telephone Conversation 2.1.Answer the following questions briefly. The conversation will be spoken three times1) Has the number Clam intends to dial been changed?_________________________________________________________________2)How do you know?_________________________________________________________________3) What's the phone number?_________________________________________________________________4) How long hasn't Sue heard from Clara?_________________________________________________________________5) Why is Clara ringing Sue now?_________________________________________________________________6) What has happened to Sue?_________________________________________________________________7) What does Clara think of Sue?_________________________________________________________________8) What has Sue experienced a great deal?_________________________________________________________________9) What does Clara want to know?_________________________________________________________________10) How does Sue comment on the first ten questions?_________________________________________________________________plete the questions that Sue is always asked in interviews.1) Why I want to______________2) Why I am interested______________3) How I_______________________4) How long_______________________6) Where______________6) Where______________7) How much_______________________8) How much I expect_______________________Section Three（共15分）1.VocabularyGeorge乔治silly 傻的definitely 确切地2.Dictation .The dictations will be spoken twice.Dictation1: ________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Dictation2: _________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 第二部分阅读（每题1分，共50分）1.The writer looked at the man and the woman angrily. He was very________.A. sadB. unhappyC. crossD. pleased2. He spent the whole day in his room. He was in his room _______ day.A . the whole B. the all C. all D. all of3. He will soon visit Darwin. He will visit Darwin ____________.A. quicklyB. for a short timeC. shortlyD. in a hurry4. Mr. Scoot’s ‘telephone service’ is private. It is ____________.A. generalB. spareC. secretD. his own5. She gave him a piece of cheese. He put the _______ of cheese in his pocket.A. bitB. barC. blockD. packet6. The detectives were _________ a valuable parcel of diamonds.A. expectingB. waitingC. expecting forD. expecting to7. Joe grows more flowers. More flowers _______ in his garden.A. growB. grow tallC. grow upD. grow big8. How many times did the clock_________?A. hitB. beatC. knockD. strike9. It was fifteen minutes ________ eleven.A. passB. pastC. passedD. pasted10. There aren’t enough chairs here for us all. Please bring ______ one.A. otherB. anotherC. extraD. a different11. Most of the young people will be there. __________ the young people will be there.A. A lotB. Nearly allC. SomeD. Many12. ‘Mr. Harmsworth,’ I said________ a weak voice.A. inB. withC. onD. under13. The writer would receive an extra ￡1,000 a year. He would get ￡1,000 a year ______.A. lessB. moreC. overD. up14. She often appears as a young girl. She ______on the stage as a young girl.A. is presentedB. pointsC. showsD. seemsAHaroun Tazieff, the Polish scientist, has spent his lifetime studying active volcanoes(火山)and deep caves in all parts of the world. In 1948,he went to Lake Kivu in the Congo to observe(观察) a new volcano which he later named Kituro. Tazieff was able to set up his camp very close to the volcano while it was erupting(喷发) violently(猛烈地). Though he managed to take a number of brilliant photographs, he could not stay near the volcano for very long. He noticed that a river of liquid rock was coming towards him. It threatened(威胁) to surround(包围) himcompletely, but Tazieff managed to escape just in time. He waited until the volcano became quiet and he was able to return two days later. This time, he managed to climb into the mouth of Kituro so that he could take photographs and measure temperatures. Tazieff has often risked his life in this way. He has been able to tell us more about active volcanoes than any man alive.Comprehension理解15 Tazieff went to the Congo__________(a) to observe Lake Kivu (b) to take photographs(c) to name a new volcano (d) to investigate(调查) a new volcano16 Kituro erupted violently___________.(a) and Tazieff had to leave but he returned later(b) so Tazieff had to leave and couldn't return(c) so Tazieff couldn't take photographs(d) so Tazieff couldn't measure temperaturesStructure结构17 He managed to take a number of photographs. This means he________them(a) might have taken (b) could have taken (c) should have taken (d) succeeded in taking18 He escaped just in time. He________ escaped.(a) just only (b) only (c) soon (d)only just19 He waited until the volcano became quiet He waited________ quiet(a) to the volcano to become (b) the volcano to become(c) the volcano became (d) for the volcano to become20 He was able to return. This means he ________.(a) could if he wanted to (b) might (c) could have (d) did21 He has been able to tell us a lot________ volcanoes.(a) considering (b) on the subject of (c) in relation (d) referringVocabulary词汇22 Tazieff is a Polish scientist He comes from________.(a) Pole (b) Poland (c) Polish (d) the Pole23 He named it Kituro. That's what he________ it(a) called (b) shouted (c)cried (d) screamed24 The rock was in a liquid state. It wasn't________.(a) firm (b) stable (c) whole (d) solid25 He wanted to measure temperatures. He wanted to________ them.(a) count (b) make (c) do (d) take26 He has told us more than any_______ person.(a) alive (b) lively (c) live (d) livingBIn 1858, a French engineer, Aimé Thomé de Gamond, arrived in England with a plan for a twenty-one-mile tunnel(隧道) under theEnglish Channel. He said that it would be possible to build aplatform(平台) in the centre of the Channel. This platform wouldserve as a port and a railway station. The tunnel would bewell-ventilated(通风的) if tall chimneys(烟囱) were built above sea level. In 1860, a better plan was put forward by an Englishman, William Low. He suggested that a double railway-tunnel should be built. Thiswould solve the problem of ventilation(通风), for if a train entered this tunnel, it would draw in fresh air behind it. Forty-two years later a tunnel was actually begun. If, at the time, the British had not feared invasion(入侵), it would have been completed. The world had to wait almost another 100 years for the Channel Tunnel. It was officially (正式地)opened on March 7, 1994, finally connecting Britain to the European continent(大陆)Comprehension理解27 William Low's idea was better than de Gamond’s because ________.(a) it was cheaper(b) there were no chimneys in his plan(c) his tunnel would be better ventilated(d) it wouldn't be necessary to build a platform in the centre of the Channel28 Work on the Channel Tunnel________.(a) began immediately after William Low outlined his plan(b) never began(c) began a long time after William Low put up his plan(d) began recently when William Low put up his planStructure句型29 It would be possible to build a platform. A platform________.(a) could build (b) would be built (c) could be built (d) would build30 He suggested________ a double railway tunnel.(a) to build (b) build (c) building (d) that building31 This would solve the problem. That's how the problem________ solved.(a) would been (b) would be (c) would have been (d) had been32 If a train________ this tunnel, it would draw in fresh air behind it.(a) would enter (b) entered (c) will enter (d) enters33 People were________ the idea of a Channel Tunnel(a) interesting in (b) interested for (c) interested in (d) interesting forVocabulary词汇34 The tunnel would be well ventilated. It would have good________.(a) air (b) airing (c) ventilation (d) circulation35 A plan was put forward by William Low. He________ it.(a) suggested (b) intended (c) aimed at (d) planned36 The British feared invasion. They were________ it.(a) in favour of (b) afraid of (c) prevented (d) ended37 It finally connects Britain and Europe. Britain and Europe are finally________.(a) mixed (b) joined together (c) rejoined (d) combined38 The tunnel has now been completed. It has been________.(a) ended (b) finished (c) prevented (d) stoppedCFiremen had been fighting the forest fire for nearly three weeks before they could get it under control. A short time before, great trees hadcovered the countryside for miles around. Now, smoke still rose up from the warm ground over the desolate(荒凉的) hills. Winter was coming on and the hills threatened(威胁) the surrounding villages with destruction(破坏), for heavy rain would not only wash away the soil but would cause serious floods as well. When the fire had at last been put out, the forestauthorities(当局) ordered several tons of a special type of grass-seed which would grow quickly. The seed was sprayed(喷撒) over the ground in huge quantities(量) by aeroplanes. The planes had been planting seed for nearly a month when it began to rain. By then, however, in many places the grass had already taken root(根). In place of the great trees which had been growing there for centuries, patches(小片) of green had begun to appear in the blackened soil.Comprehension理解39 Grass-seed had to be planted quickly_________.(a) to prevent flooding (b) because it was late in the season(c) to save the trees (d) because the trees had been growing for centuries40 Planes were used because____________.(a) there had been a fire (b) the hills were bare(c) there weren't any trees (d) this was the quickest way to plant huge quantities of seedStructure句型41.___________had they been fighting the forest fire? For nearly three weeks.(a) How much (b) How often (c) What time (d) How long42 The hills threatened the surrounding villages with destruction. The villages___________.(a) were destroyed (b) had destroyed (c) might be destroyed (d) could destroy43 If it rained heavily there___________ floods.(a) will be (b) can be (c) had been (d) would be44 The planes___________ nearly a month to plant the seed.(a) did (b) made (c) took (d) had45 The trees had been there___________.(a) since centuries (b) before centuries (c) for centuries (d) centuries longVocabulary词汇46 Heavy rain would wash away the soil. It would___________.(a) clean it (b) carry it away (c) wash it (d) wet it47 Large___________ of seed were used.(a) weights (b) measures (c) tons (d) amounts48 The seed had already taken root. It had begun to___________(a) grow (b) root (c) grow up (d) increase49 Patches of green had begun to appear. There was green grass___________.(a) everywhere (b) only in one or two places(c) in one place (d) here and there50 The grass had begun to appear in the soil. It had begun to ___________.(a) point (b) show (c) seem (d) point out第三部分：作文（30分）假如你是杨方，你要竞选班长（class president），请根据以下内容写一篇竞选演讲词。
人教版选修3《相对论的诞生》教案及教学反思
人教版选修3《相对论的诞生》教案及教学反思一、教学目标本节课的主要教学目标如下：1.了解相对论的发展历史和背景；2.掌握相对论的基本概念和理论基础；3.理解相对论对物理学的重要贡献。
二、教学内容1.相对论的发展历史和背景；2.相对论的基本概念和理论基础；3.相对论对物理学的重要贡献。
三、教学方法本课程主要采用讲解、讨论和实验演示相结合的教学方法。
在讲解过程中，注重引导学生思考和发问，提高学生的学习兴趣和积极性；讨论环节主要以小组为单位进行，加强学习互动和交流；实验演示环节则采用互动式实验，让学生通过实际操作深入理解相对论的基本原理。
四、教学步骤第一步：导入利用多媒体手段展示相对论相关的图片和视频，向学生介绍相对论的背景和重要意义，引起学生的兴趣和好奇心，在学生中形成一种问题意识。
第二步：讲解相对论的发展历史和背景让学生了解相对论是如何诞生的，以及相对论的发展历史和背景，引导学生认识到相对论的意义和重要性。
在讲解过程中，老师应该加强与学生的互动，及时调整讲解内容，引导学生思考和掌握相关知识点。
第三步：介绍相对论的基本概念和理论基础介绍相对论的基本概念和理论基础。
这部分内容是本节课的重点，包括狭义相对论和广义相对论的基本概念和原理，信号光速不变原理，时间膨胀和长度收缩等内容。
在讲解过程中，老师应该注重讲解与实验演示相结合，让学生通过实际操作理解相关知识点。
第四步：讨论相对论对物理学的重要贡献让学生通过课前阅读和课堂讨论，了解相对论对物理学的重要贡献，比如质能方程、黑洞理论和宇宙膨胀等，引导学生认识到相对论在现代物理学中的重要作用和意义。
第五步：小结对本节课的主要内容进行小结，概括相对论的基本概念和理论基础，强化学生对本节课的学习效果和收获。
五、教学反思本课程主要以讲解、讨论和实验演示相结合的教学方法，让学生在教师的引导和帮助下主动学习和思考。
通过本节课的学习，学生对相对论的产生背景、发展历程和重要意义有了较为全面的了解，同时也掌握了相对论的基本概念和理论基础。
相对论的诞生教案
相对论的诞生教案教案题目：相对论的诞生教案目标：1.了解相对论的发展历程和基本概念；2.掌握狭义相对论的原理和公式；3.讨论相对论在日常生活和科学研究中的应用。
教案内容：一、导入（10分钟）1.引入：学生们你们知道相对论是什么吗？它为什么被称为科学的一大突破？2.列举一些常见的相对性的例子：比如电车、火车相对于行驶的人的运动速度与感受。
二、相对论的发展历程（15分钟）1.爱因斯坦的贡献：对电磁现象和光的研究；2.相对论的前辈：洛伦兹变换和麦克斯韦方程组；3.特殊相对论的提出与发展。
三、狭义相对论的基本概念（20分钟）1.狭义相对论的两个基本原理：相对性原理和光速不变原理；2.引出时间和空间的相对性概念；3.探讨狭义相对论对传统牛顿力学的颠覆；四、狭义相对论的公式与应用（25分钟）1.讨论洛伦兹变换公式的推导和含义；2. 引出相对论质能关系公式：E=mc^2；3.探讨相对论时空的扭曲和引力的效应；4.分析相对论在GPS定位系统、核能反应和宇宙学中的应用。
五、相对论的思考题（10分钟）1.你觉得相对论对于我们日常生活和科学研究有何重要性？2.相对论的发展是否会改变我们对现实世界的认知？六、小结与总结（10分钟）1.总结狭义相对论的基本理论和公式；2.引导学生思考相对论对于科学发展的深远影响；3.提醒学生平时要保持对科学知识的热情和学习兴趣。
教学方法：1.讲授相对论的基本概念和原理；2.分组小组讨论，提高学生的科学思维和合作能力；3.以问题导向的方式，激发学生的思考和研究兴趣。
教学资源：1.幻灯片及投影仪；2.视频资料和实验演示；3.相关图书和科普读物。
教学评价：1.学生参与度和讨论质量；2.概念和公式的掌握情况；3.学生对相对论的理解和应用能力。
教学延伸：1.后续课程中引导学生深入研究广义相对论；2.组织学生进行相对论实验和观测；3.邀请相关领域的专家进行讲座和研讨。
相对论的诞生讲学案
1、相对性原理是？
2、1887年关于麦克斯韦的电磁理论到底对哪个参考系的有关实验中哪个是最著名的？得到了什么样的结果？
3、狭义相对论原理是？
4、光速不变原理是?
典型例题
例题．下列说法正确的是（）
A．物理的基本规律在所有惯性系中都是等价的
B．在真空中，光的速度与光的频率、光源的运动都无关
C．在任何惯性系中，光在真空中沿任意方向的传播速度都相同
D．以上说法均不正确
课堂练习
1．有甲、乙两人，甲以2m/s的速度向东直线行走，乙以1.5m/s的速度向西直线行走，则甲相对于乙的速度大小为（）
A．2m/s
B．1.5m/s
C．3.5m/s
D．0.5m/s
课后练习与巩固
一列火车以某一速度相对于地面运动，若地面上的人测量某光源发出的光同时到达车厢的前壁和后壁，则按照火车上的人测量，光先到达前壁还是后壁？火车上的人怎样解释这种现象？
2．在经典力学中，__________________是力学规律的基础，若它在某个参考系中成立，则这样的参考系叫________________。
3．狭义相对论的两个基本假设：
____________________和____________________。
4．相对性原理是指在不同的_____________参考系中，一切物理定律都是_____________的；光速不变原理是指真空中的光速在不同的_____________参考系中都是_____________的。
课题
相对论的诞生
课型
概念课
学习目标
（1）了解相对论诞生的历史背重点
狭义相对论的两点假设
学习难点
狭义相对论的两点假设
人教版高中物理教案-相对论的诞生
高中物理課堂教學教案年月日教學活動學生活動介紹相對論誕生的歷史背景①乙太的研究（魯科版較詳細）乙太透明；乙太的密度很小（光速很大）；乙太很硬（電磁波為橫波）；乙太無所不在，充滿整個空間。
②光速的測量斐索光速測定③邁克爾遜-莫雷實驗實驗原理圖實驗干涉條紋實驗意義：乙太不存在；暗示真空中光速在任何參考系都不變；複習光的干涉現象一、經典的相對性原理①運動的相對性中國古代研究：《尚書緯．考靈曜》（約東漢時代）“地有四遊，冬至地上行北而西三萬里，夏至地下行南而東三萬里，春秋兩分是其中矣。
地恒動而人不知，譬如閉舟而行不覺舟之運也。
”②伽裡略相對性原理《關於兩種世界體系的對話》：“把你和朋友關在一條大船下的主艙裡，讓你們帶著幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲，艙內放一隻大水碗，其中有幾條魚，然後掛上一個水瓶，讓水一滴一滴地滴到下面的一個寬口罐裡，船停著不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行；魚向各個方向隨便遊動；水滴滴進下面的罐中，你把任何東西扔給你的朋友時，只要距離相等，向這一方向不必比另一方向施更多的力。
當船以任何速度前進，只要是勻速的，你將發現，上述觀察的現象依舊，你無法用任何現象判定船是運動還是不動……”伽裡略座標變換公式 tt zz y y utx x ===-='''' 伽裡略速度變換公式 u v v -=∴'③牛頓力學的不變性m ′=mF ′＝FF ＝ma F ′＝m ′a ′a a =∴'力學規律在任何慣性參考系中都是相同的。
還可以表述為：在任何慣性參考系中無法用任何力學實驗判斷該參考系相當於另一個參考系是靜止的還是做勻速直線運動，即任何慣性參考系都是平權的。
二、相對性原理與電磁規律之間的矛盾麥克斯韋電磁理論的困難：光是電磁波；由於真空介電常數和磁導率是與參考系無關的常量，因此c 也應是與參考系無關。
這就是說在任何參考系中測得的光在真空中的速度都應該是同一數值。
人教版高中物理教案-相对论的诞生
【教學目標】（一）知識與技能1．理解經典的相對性原理以及光的傳播與經典的速度合成法則之間的矛盾。
2．理解狹義相對論的基本假設。
（二）過程與方法通過學習，提高分析物理現象與定理定律矛盾的能力。
（三）情感、態度與價值觀通過對本節內容的學習，認識科學假設在科學發現上的重要作用，進一步理解邏輯推理的力量。
【教學重點】狹義相對論的兩個基本假設。
【教學難點】光速不變原理。
【教學方法】通過在具體實例中提出問題、揭示矛盾、引發學生思考，然後通過相對論假設進行邏輯推理，得出結論。
【教學用具】投影儀及投影片。
【教學過程】（一）引入新課師：請同學們回憶一下什麼是慣性系？什麼是非慣性系？舉例說明。
生：牛頓運動定律能夠成立的參考系叫慣性系，勻速運動的汽車輪船等作為參考系就是慣性系。
牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系。
例如我們坐在加速的車廂裡，以車廂為參考系觀察路邊的樹木房屋向後方加速運動，根據牛頓運動定律，房屋樹木應該受到不為零的合外力作用，但事實上沒有，也就是牛頓運動定律不成立.這裡加速的車廂就是非慣性系。
師：很好，根據慣性系的概念，不難推出，相對於一個慣性系做勻速運動的另一個參考系也是慣性系。
（二）進行新課1．經典的相對性原理師：下面我們來研究一個簡單的力學問題。
（投影問題）如圖，在列車車廂的光滑水平面上有一個品質為m =0.5 kg 的小球，正隨車廂一起以20 m/s 的速度勻速前進.現在給小球一個水準向前的F =5 N 的拉力作用，求經10 s 時，車廂裡的觀察者和地面的觀察者看到小球的速度分別是多少？學生分析：對車上的觀察者物體初速度v 0=0加速度a =mF =10 m/s 2 10 s 時速度v 1=at =10 m/s對地上的觀察者方法一：物體初速度v 0=20 m/s加速度相同a =mF =10 m/s 2 10 s 末速度v 2=v 0+at =30 m/s方法二：根據速度合成法則v 2=v 1+v 0=（10+20） m/s=30 m/s師：通過這個例子大家看到，在兩個慣性系中，雖然觀察到的結果並不相同，一個是10 m/s,另一個是30 m/s，但我們卻應用了同樣的運動定律和速度合成法則，也就是說，我們相信：力學規律在任何慣性系中都是相同的。
人教版高中物理教案-相对论的诞生
1．相對論的誕生1．瞭解經典相對性原理：力學規律在任何慣性系中都是相同的。
2．知道經典相對性原理與電磁規律的矛盾。
3．知道狹義相對論的兩個基本假設。
愛因斯坦的狹義相對論中的兩個基本假設，一是狹義相對性原理，二是光速不變原理。
第一個假設說的是在不同的慣性參考系中，一切物理規律都是相同的，這一條可以認為是假設；但第二條光速不變，已經被大量實驗所證實，為什麼還是叫假設呢？提示：雖然實驗表明了假設所說的內容是正確的，但這終歸是有限的幾次實驗。
只有再從這兩個假設出發，經過邏輯推理(包括數學推導)所得出的大量結論都與事實相符時，它們才能成為真正意義上的原理。
1．經典相對性原理表述一：力學規律在任何慣性系中都是______的。
這個論述叫做伽利略相對性原理。
表述二：在一個慣性參考系內進行的任何力學實驗都不能判斷這個慣性系是否相對於另一個慣性系做__________運動。
表述三：任何慣性參考系都是______的。
2．相對性原理與電磁規律伽利略的速度合成原理與電磁波的速度產生了矛盾。
3．狹義相對論的兩個基本假設(1)狹義相對論原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規律都是______的。
(2)光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是______的。
答案：1．相同勻速直線平權3．(1)相同(2)相同一、對慣性系和非慣性系的認識1．慣性系：牛頓運動定律能夠成立的參考系稱為慣性參考系。
牛頓定律成立的這個參考系是慣性參考系，相對於這個參考系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性參考系。
2．非慣性系：牛頓定律不能成立的參考系稱為非慣性參考系。
例如：我們坐在加速的車廂裡，以車廂為參考系觀察路邊的樹木、房屋向後方加速運動，根據牛頓第二定律，房屋和樹木應該受到不為零的合力作用，但事實上沒有，也就是牛頓定律不成立，這裡的加速車廂就是非慣性參考系。
如何判斷一個參考系是慣性參考系還是非慣性參考系？我們通常選大地是慣性參考系，相對於地面靜止或做勻速運動的物體都是慣性參考系；相對於地面做變速運動的物體都是非慣性參考系。
人教版高三物理选修3 《相对论的诞生：相对性原理》说课稿
人教版高三物理选修3 《相对论的诞生：相对性原理》说课稿一、引言大家好，我是今天的物理课的讲师，今天我们将学习的内容是人教版高三物理选修3中的《相对论的诞生：相对性原理》一节。
相对性原理是相对论的基础，也是狭义相对论和广义相对论的核心概念。
通过本节课的学习，我们将深入了解相对性原理的内涵和具体应用。
二、相对性原理的提出相对性原理是由爱因斯坦在1905年提出的，它包括两个基本原理：相对性原理和光速不变原理。
2.1 相对性原理相对性原理指出：物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。
这意味着无论观察者以何种速度运动，物理定律的表达式都不会改变。
换句话说，在匀速直线运动的参考系中，物理规律是一样的。
2.2 光速不变原理相对论的另一个基础是光速不变原理，即光在真空中传播的速度是一个恒定值，不受发光源和观察者相对运动的影响。
这意味着无论观察者以多快的速度追逐光源，他们所测量到的光速始终是相同的。
三、相对论的基本概念3.1 同步时计以前我们认为时间是绝对的，所有地方的时钟都是同步的。
然而，相对性原理告诉我们，时间也是相对的。
在运动的参考系中，时间会发生变化，不同地方的时钟不再是同步的。
3.2 尺缩效应尺缩效应是指当物体相对于观察者以接近光速的速度运动时，观察者会觉得该物体在运动方向上被压缩，即长度变短。
这是因为相对性原理中的光速不变原理导致的。
3.3 质能等效性原理质能等效性原理，也就是著名的E=mc²公式，是相对论的核心概念之一。
它表明质量和能量可以相互转化，并且它们之间的转化关系由一个恒定值（光速的平方）决定。
四、狭义相对论和广义相对论根据爱因斯坦的理论，相对论可以分为狭义相对论和广义相对论两部分。
4.1 狭义相对论狭义相对论是基于特殊相对性原理发展起来的理论。
主要探讨的问题是在惯性参考系中低速运动的物体所遵守的规律。
狭义相对论包括时间相对性、尺缩效应以及质能等效性等基本概念。
4.2 广义相对论广义相对论是爱因斯坦在狭义相对论的基础上进一步提出的理论。
第15章 相对论简介教案
根据麦克斯韦的电磁场理论可以直接得到，真空中电磁波的速度等于光速c并不涉及参考系的问题。
也就是说“电磁波速为c”本身就是电磁规律的组成部分，而不是电磁规律应用于某个具体问题时所得的结论。
相对性原理当然要问：麦克斯韦的电磁场理论是对哪个参考系成立的？即电磁波对哪个惯性系的速度是c？在图15.1-1中有S和S'两个惯性系，S'相对S以速度v运动，如果光相对参考系S的速度是c，那么，光c-而不相对参考系S'的速度似乎应该是v是c。
从而认为：电磁场理论不是对任何惯性系都成立。
麦克斯韦的电磁场理论到底对哪个惯性参考系成立的？即电磁波对哪个惯性系的速度是c？当时物理学界中多数人认为宇宙空间充满着一种传播光的“以太”介质，麦克斯韦的电磁场理论只对“以太”参考系成立。
为了寻找“以太”科学家们做了大量精确度很高的实验，最著名的一个是麦克耳孙—莫雷实验（实验仪器的照片如图15.1-2），这个实验不仅否定了以太的存在，而且得到了一个与经典的相对性原理不一样的结果：光相对任何惯性系的速度都是c。
这个结果表明：麦克斯韦的电磁场理论对所有惯性系都成立。
为了解决经典电磁场理论与经典力学之间的矛盾，爱因斯坦分析了麦克耳孙—莫雷实验，于1905年提出了两个基本假设，并在此基础上建立了“力、电、光”统一的狭义相对论。
三、狭义相对论的两个基本假设1、狭义相对性原理：在不同的惯性参考系，一切物理规律（指物理定律的数学形式）都是相同的。
其它表述：①在任何两个惯性系中做同一个物理实验，实验结果是相同的。
②在一个惯性参考系内进行的任何物理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。
③任何惯性系都是平权的。
2、光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系。
说明：到目前为止，依据这两个基本原理，经过逻辑推理所得到大量结论都与事实符，这就证实了两个假设是正确的。
《相对论诞生》教案1.docx
《相对论诞生》教案教学目标.（一）知识与技能1.了解广义相对性原理和等效原理。
2.了解广义相对论的几个结论。
（二）过程与方法通过本节的学习•，初步认识狭义相对论和广义相对论的基本原理。
（三）情感、态度与价值观通过本节内容的学习，激发探索宇宙奥秘的兴趣，形成初步的相对论时空•观。
教学重点广义相对性原理和等效原理。
教学难点理解广义相对论的几个结论。
教学方法在教师的引导下，共同分析、研究得出结论。
教学用具：投影仪及投影片。
教学过程（一）引入新课师：1915年，继狭义相对论发表10年之后，爱因斯坦又发表了广义相对论。
这节课我们來了解一下广义相对论的基本原•理和几个结论。
（二）进行新课1.超越狭义相对论的思考师：说一说狭义相对论中无法解释的几个问题是什么？生：狭义相对论无法解释引力作用以什么速度传递；狭义相对论是惯性参考系之间的理论。
•为什么惯性参考系有这样特殊的地位？狭义相对论无法解释。
师：爱因斯坦认真思考了以上问题，又向前迈进了一大步，把相对性原理推广到包括非惯性系在内的任意参考系，提出了广义相对性原理。
2.广义相对性原理和等效原理师：在任何参考系屮，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理。
师：在广义相对论中还有另一个基本•原理这就是著名的等效原理。
请大家阅读教材, 看看什么是等效原理，它是如何提出来的。
学生阅读、思考。
师：（投影下图，做简耍讲解。
）m 1541 卜均匀的引力如j -个做匀加趣运动的參匕系耳价一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是等效原理。
3.广义相对论的几个结论师：从广义相对论的两个基本原理出发，可以直接得到一些“意想不到” •的结论。
请大家阅读教材，说明得到了哪些结论这些解论的实验验证是什么？学生阅读，思考。
生1：第一个结论，物质的引力使光线弯曲。
20世纪初，人们观测•到了太阳引力场引起的光线弯曲。
观测到了太阳后血的恒星。
生2：第二个结论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。
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相对论的诞生
【教学目标】
（一）知识与技能
1．理解经典的相对性原理以及光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾。
2．理解狭义相对论的基本假设。
（二）过程与方法
通过学习，提高分析物理现象与定理定律矛盾的能力。
（三）情感、态度与价值观
通过对本节内容的学习，认识科学假设在科学发现上的重要作用，进一步理解逻辑推理的力量。
【教学重点】狭义相对论的两个基本假设。
【教学难点】光速不变原理。
【教学方法】通过在具体实例中提出问题、揭示矛盾、引发学生思考，然后通过相对论假设进行逻辑推理，得出结论。
【教学用具】投影仪及投影片。
【教学过程】
（一）引入新课
师：请同学们回忆一下什么是惯性系？什么是非惯性系？举例说明。
生：牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车轮船等作为参考系就是惯性系。
牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。
例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立.这里加速的车厢就是非惯性系。
师：很好，根据惯性系的概念，不难推出，相对于一个惯性系做匀速运动的另一个参考系也是惯性系。
（二）进行新课
1．经典的相对性原理
师：下面我们来研究一个简单的力学问题。
（投影问题）
如图，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=0.5 kg的小球，正随车厢一起以20 m/s的速度匀速前进.现在给小球一个水平向前的F=5 N的拉力作用，求经10 s时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？
学生分析：对车上的观察者
物体初速度v 0=0
加速度a =m
F =10 m/s 2 10 s 时速度v 1=at =10 m/s
对地上的观察者 师：通过这个例子大家看到，在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个，但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则，也就是说，我们相信：力学规律在任何惯性系中都是相同的。
这就是伽利略相对性原理。
在一个惯性参考系内的任何力学实验都无法判断这个参考系是否相对于另一个参考系做匀（教师还可引导学生举例说明相对性原理，并进行讨论）
2．相对性原理与电磁规律
师：请大家看课本图15.1－1，考虑几个问题：
（1）参考系O ′相对于参考系O 静止时，人看到的光速应是多少？
（2）参考系O′相对于参考系O以速度v向右运动，人看到的光速应是多少？
（3）参考系O′相对于参考系O以速度v向左运动，人看到的光速又是多少？
生：第一种情况人看到的光速应是c，第二种情况应是c+v，第三种情况应是c-v。
师：说说你们判断依据。
生：根据速度合成的法则。
师：大家认为对吗？
（学生一致认为正确）
师：如果这个法则有问题呢？
（学生沉默）
师：实践是检验真理的标准，我们是不是可以通过实验来检验呢？回答是肯定的，这就是著名的麦克尔逊测定光速的实验，同学们应该有印象。
生：不论光源和观察者怎样运动，光速都是相同的。
师：这与我们从速度合成法则推导的结论发生了矛盾.问题出在哪里呢？
3．狭义相对论的两个基本假设
师：这一矛盾，不仅对我们的推理给予否定，还对麦克斯韦电磁场理论提出了挑战：要么否定特殊参考系O的存在，要么放弃麦克斯韦电磁场理论.爱因斯坦选择了后者，提出了两条假设：（投影）
（1）在不同的惯性系中，一切物理规律都是相同的。
（爱因斯坦相对性原理）
（2）真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
（光速不变原理）
生：为什么这两个结论被称为假设呢？
师：虽然这两个假设可以由麦克尔逊实验直接推出，但这毕竟是有限的几次实验，只有用这个假设得出大量的结论与事实相符时，它们才能成为真正意义上的原理，这才是科学的态度。
（三）课堂总结、点评
本节课我们通过复习惯性系概念，理解了经典的相对性原理。
通过光速实验引起的困难，理解了光的传播与经典理论的矛盾。
学习了狭义相对论的两个基本假设。
（四）例题：
例1.如图15-1-2所示，在列车车厢的光滑水平面上有一个质量为m=5 kg的小球，正随车厢一起以20 m/s的速度匀速前进。
现在给小球一个水平向前的F=5 N的拉力作用，求经10 s时，车厢里的观察者和地面的观察为看到小球的速度分别是多少？
图15-1-2
解析：对车上的观察者：
物体的初速v 0=0，加速度a=m
F =1 m/s 2, 10 s 时速度v 1=at=10 m/s 。
对地上的观察者：
方法一：物体初速度v 0=20 m/s
加速度相同a=m
F =1 m/s 2。
10 s 末速度v 2=v 0+at=30 m/s 。
v c ＝3.0×108 m/s ，l ′＝1 m ，l ＝0.5 m
所以：v ＝0.866c ＝2.60×108 m/s 。
完成P107“问题与练习”的题目。