2020-2021学年新教材物理鲁科版必修第二册教案：第5章第2节 相对论中的神奇时空 1 WORD版含答案.docx

1、第五章科学进步无止境第2节相对论中的神奇时空本节开头用寥寥数语直指本节的核心内容，能引发学生兴趣、勾起好奇心。局限于学生的数学水平，教材回避了对本节相关结论公式的冗繁推导，通过对一些简单现象的分析和推理，引起学生思考和讨论，把重点放在对结论的认识上，利用结论进一步认识为什么牛顿经典力学只适用于宏观低速运动。【物理观念】知道狭义相对论关于时空相对性的主要结论。 【科学思维】了解时间延缓效应和长度收缩效应的主要内容及推理的思维过程。【科学探究】结合实例，初步了解时空弯曲现象，知道牛顿经典力学的适用范围及原因。【科学态度与责任】通过学习，体会科学理论既具有相对稳定性，又是不断发展完善的。【教学重点】

2、了解时间延缓效应和长度收缩效应及其相关计算公式；了解质能关系及其相关计算公式；初步了解时空弯曲现象。【教学难点】了解时间延缓效应和长度收缩效应。【导入新课】问题：在日常生活和生产中，为了研究物体的运动，必须选定适当的参考系，对于不同的参考系，长度和时间的测量结果是否是一样的？对上述问题的讨论，物理学家进行了长期的探索。于是，物理学经历了一场关于时空观的根本性变革，从牛顿时代的经典力学跨越到爱因斯坦的相对论。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们：运动的时钟变慢、运动的尺子在运动的方向上缩短。这到底是为什么？这些结论是如何从狭义相对论的两个基本假设得出的呢？【新课讲授】一、“同时”的相对性 车厢上的人和地

3、面上的人看到车厢中间灯光到达前后车厢的先后是不一样的。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。结论： 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 关键：在各个参考系中光速都为c 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 关键：相对运动二、时间延缓效应 在运动的火车上的钟表显示，做一个物理实验需要15分钟记为 ；地面上观察者手里所拿的钟表显示时间要大于15分钟，记为 。思考：（1）为什么会“运动的时钟”变慢了？一个物理过程经历的时间，在不同的参考系中，测量不一定相同。与之相静止的参考系测得的时间最短，称为固有时；与之有

4、相对运动的参考系测得的时间变长，相对速度越大，时间延缓效应越明显。（2）这种现象说明了什么？ 不能脱离物体的运动来理解时间。（3）这两个时间有什么关系？（4）经典物理学的结论还准确么？在宏观低速问题中，这种时间延缓效应完全可以忽略，对经典物理学的研究不造成影响。三、长度收缩效应 车上的人看到的杆的长度：l0 ； 车外的人看到的杆的长度：lll0 特别注意：长度缩短效应只发生在相对运动的方向上，如上例中的 X 轴方向上，在Y 轴方向上无长度缩短效应。思考：为什么我们平时观察不到这种长度收缩效应？因为我们生活在比光速低很多的低速世界里，长度收缩效应可忽略不计。四、质能方程 物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：随着物体质量的减少，它会释放出一定的能量。五、奇妙的时光弯曲 在惯性参考系中，光沿直线传播。 在非惯性参考系中看到的光线是弯曲的！-匀加速参考系等效于均匀引力场-引力使光线弯曲。爱因斯坦的广义相对论认为，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲。天地之间的引力作用是时空弯曲的结果。 通常物体的引力场都太弱，20世纪只能观测到太阳引力场引起的光线弯曲。由于太阳引力场的作用，我们有可能观测到太阳后面的恒星，最好的观测时间是发生日全食的时候六、小结