3. 时间、长度的相对性教学设计思路

6.3

时间、长度的相对性

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教学目标

一、知识与技能：

（1）同时的相对性

（2）运动长度的收缩

（3）时间间隔的相对性

（4）了解时空相对性的验证

（5）了解相对论时空观与经典物理时空观的主要区别

二、过程与方法：

（1）理解同时相对性的推演过程

（2）理解从“同时相对性”出发得出“运动长度和时间间隔的相对性”的过程

三、情感态度和价值观：

（1）体会相对论崭新的时空观，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。

（2）辩证地看待经典物理理论

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教学重点、难点

从“同时”的相对性得出运动长度和时间间隔的相对性

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教学方法

阅读小结

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教学手段

多媒体课件

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教学活动

一、“同时”的相对性

知道“同时”的相对性是相对论两个假设的直接推论。讲解过程中要强调理解的出发点必须是两个假设，否则无法理解。

两种情景

中点发光

情况1：对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的

车上的观察者认为光同时到达车厢的前后两壁

站台上的观察者认为光先到车厢后壁后到前壁

讲解关键：在各个参考系中光速都为c

情况2：地面

上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的

利用相对运动原理，可假设车静人动

，人和地面相当于火车，结果与前面相似

让学生自己分析课本上的“思考与讨论”

二、长度的相对性

vll01c2

1、要让学生知道长度的相对性(动尺缩短)，是“同时”的相对性带来的一个普遍的时空属性，它与物体的具体组成和结构无关，当物体运动速度越接近光速，这种收缩效应就变得越显著。

2、要讲清利用严格数学推导可以得到洛伦兹变换的相对论长度收缩公式。

3、要让学生理解长度收缩公式的物理意义，必须注意参考系的选择及参考系的运动状态。

三、时间间隔的相对性

教学时要分析清楚“动钟变慢”与同时的相对性的联系，使学生知道运动的钟变慢是同时的相对性带来的时空属性。

①时间间隔的相对性可以通过长度的相对性的一些简单例子加以说明。

②要讲清“动钟变慢”(或时间膨胀)是两个不同惯性系进行时间比较的一种效应，不要误认为是时钟的结构或精度因运动而发生了变化。

③教学中特别指出，运动时钟变慢完全是相对的，由于两个惯性参考系是平权的，在它们上面的观测者都将发现对方的钟变慢了。

四、时空相对性的验证

根据相对论，时间在运动中会进行的比较缓慢，也就是说，在空间中高速移动的时钟，比固定于地面上的时钟走得慢．

早在1941年，科学家通过对宇宙线的观测证实了相对论的结论，美国科学家罗西和霍尔在不同高度统计了宇宙线中μ子的数量，结果与相对论预言完全一致．

1971年，科学家将铯原子钟放在喷气式飞机中作环球飞行，然后与地面的基准钟对照．实验结果与理论预言符合的很好．这是相对论的第一次宏观验证．

五、相对论的时空观

牛顿物理学的绝对时空观：物理学的空间与时间是绝对分离没有联系的，脱离物质而单独存在，与物质的运动无关。

而相对论认为：有物质才有时间和空间，空间和时间与物体的运动状态有关。

人类对于空间、时间更进一步的认识而形成的新的时空观，是建立在新的实验事实和相关结论与传统观念不一致的矛盾基础上，不断发展、不断完善起来的。

六、小结

见板书

七、作业

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板书设计

时间和空间的相对性

一、“同时”的相对性

1、对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的

2、地面上同时发生的两个事件，对于运动的火车也不是同时的

二、长度的相对性

一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小

三、时间间隔的相对性

四、时间和空间的相对性验证

五、相对论的时空观