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视频标签：狭义相对论,时间和空间,相对性
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视频课题：人教版高中物理选修3-4狭义相对论—时间和空间的相对性-内蒙古 - 包头
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狭义相对论——时间和空间的相对性
人教版 高中物理 选修3-4
一、课标要求
1. 知道相对性原理和光速不变原理
2. 能利用公式，解释长度收缩效应和时间延缓效应
二、学习目标
1. 简单叙述相对论产生的历史进程 2. 说出迈克尔逊·莫雷实验的工作原理 3. 知道光速不变原理
4. 通过光钟推导出时间膨胀和长度收缩 5. 能利用公式解释时间膨胀 6. 能利用公式解释长度收缩
三、学情分析
授课对象为高二年级的理科学生。学生基本完成了高中所有物理课程内容，具备一定的物理推导能力，了解了波的叠加原理，观察过光的干涉现象。部分学生对这一部分内容充满好奇与渴望，课程开始前需要充分调动学生兴趣，使学生对相对论这团迷雾有一定的了解，激发学习兴趣。
四、评价任务
1. 通过全程的推导，达到学习目标四。 2. 通过场景实践一检验是否达到学习目标五。
3. 通过场景实践二检验是否达到学习目标六。
五、教学设计
1. 课堂引入
1900年4月27日，开尔文勋爵在英国皇家研究所做了一篇名为《在光和热动力理论上空的十九世纪乌云》的演说，演说中提到“动力学理论认为热和光都是运动的方式，现在这一理论的优美和明晰，正被两朵乌云笼罩着。”这句后后被演说成“物理学的大厦已经基本构建完成，后人只需要修修补补就好了，在万里晴空下，仍旧存在着两朵乌云。”
这两朵乌云分别是迈克尔逊·莫雷实验和黑体辐射，分别引出了以爱因斯坦等人为领导的相对论体系以及以普朗克等人为领导的量子力学。这也对应着课本选修3-4和选修3-5.
2. 以太假说
人们认识到波的传播需要介质，光也是一种波，它的传播也需要介质，但是光传播的介质始终没有被发现。为了填补理论的空缺，人们假设了一种名为以太的物质为光传播的介质。
以太充斥在整个宇宙，地球周围也被以太紧紧包围着。随着地球的自转，地球表面会和以太形成相对运动，进而形成以太风。人们便把研究方向投入到以太风的探索中。
3. 迈克尔逊·莫雷实验
为了验证以太的存在，利用赤道上的以太风，人们设计了迈克尔逊·莫雷实验。实验装置如图。
利用实验装置，如果以太风存在，两束光在不同方向的以太风作用下到达平面镜的时间不同，但是人们反
复实验后，发现无论如何旋转实验器材，两束光抵达平面镜后产生的干涉条纹均未发生变化，借此，证明了以太假说的失败。在此之后，爱因斯坦提出了光速不变的假说，脱离出伽利略参考系，建立出一套更完备的参考系。
4. 狭义相对论的基础假设
在介绍狭义相对论之前需要介绍一下光速不变原理。以伽利略参考系出发，逐步介绍。 1. 首先爱因斯坦静止，我以速度v1跑过去，爱因斯坦眼中我的速度是v1 2. 当爱因斯坦以v2向我跑来时，他眼中我的速度变为v1+v2 3. 再次爱因斯坦静止，当一束光射向爱因斯坦时，他眼中光速是c 4. 当爱因斯坦以v的速度向光源前进的时候，他眼中光速仍为c 以上作为狭义相对论的基础假设来进行后面的推导。
5. 两个有趣的事实
时间膨胀
首先介绍什么是时间膨胀。从光钟出发开始推导。
在介绍完静止时光钟的光上去再下来的时间为单位时间T0后，介绍运动的光钟。
不难得到以上三个式子。设光走的路程时2L，光钟运动的时间为T，其中第二个式子为勾股定理。整理三个式子。
举例，设γ=2, 爱因斯坦带着光钟相对我在运动，当爱因斯坦经过2s后，我经历了几秒？
长度收缩
用最简洁明了的话概括一下长度收缩：静止物体眼中，运动的物体长度会变短。接下来进行推导。
借助时间膨胀原理，对最后一个式子进行化简
举例，我和卡车相对静止时卡车的长度与卡车相对我运动起来后相比较，卡车在我眼中是变长还是变短呢？
回顾总结
回顾总结本节课所学所有内容，从相对论的提出历史到狭义相对论两个有趣事实的推导逐步回顾。
鸣谢：教学设计中的不足之处，望大家予以点评指正。
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