2019-2020学年度教科版选修3-4 6.3相对论时空观 教案(1)
2019-2020学年度教科版选修3-4 6.3相对论时空观 教案(1)第3页

 (1)我们所说的匀速运动实际上是以地面为参考系,物体不受外力或者所受合外力为零时的惯性运动。

(2)一个物体的运动对两个相互做匀速直线运动的惯性系来说,速度、加速度以及所遵循的力学规律都是相同的。

教学中要组织好学生通过"讨论与交流"体会伽利略相对性原理的含义,理解惯性系的概念.对"相对性原理"的理解重点在于理解所有的惯性系都是平等的,不能用任何实验来区分一个系统是静止还是在做匀速直线运动.这一原理是物理学最重要的基石之一,不管是经典力学还是相对论都要用到它。可以补充介绍伽利略在《关于两大世界体系的对话》一书中运用理想实验对"相对性原理"的阐述,参见课程资源《伽利略相对性原理》。

了解牛顿引入绝对时空观的缘由,教学中要注意理清以下思路:

(1)经典力学是讨论物体的运动状态及其改变的,而所有的运动都是在一定的时间、空间中进行的,机械运动是物体的位置移动,位置涉及空间概念,移动涉及速度,涉及时间概念,所以牛顿力学必定与一定的时空观相联系。

(2)机械运动的描述离不开参考系,然而牛顿定律并不适用于所有的参考系(后人把牛顿定律适用的参考系叫做惯性参考系),但是经典力学的理论框架本身并不能能明确给出什么是惯性参考系,牛顿的解决办法是引入一个客观标准--绝对空间,用以判断各物体足处于静止、匀速运动还是加速运动状态.参见课程资源--《牛顿对绝对空间的设想》。

对绝对时空观及其三个推论的教学建议采用举例和联想、比喻的方式,使学生结合生活经验了解和领会。

牛顿认为,宇宙本身结构是不会变的,他称这结构为绝对空间.我们打个比方,把"空间"设想成物体做机械运动的舞台和背景,在日常生活中我们有这样的经验:在一个箱子中可以放进一定数量的东西,这是箱子的一种性质,可以叫做箱子的容积,也就是箱子的空间.这个容积大小或空间大小是与箱子里放什么东西(以及放不放东西)没有关系的.在卖箱子的商店里,总是要标出26×26×10等等尺寸,之所以能这样标出,就是以容积是箱子的不受"外在的情况"影响的本性这一点为依据的.进一步,我们设想箱子无限地扩大,这就得到了一个与任何特殊的物质无关的、绝对的空间.它就是牛顿的绝对空间。

牛顿的绝对时间由于其内在性质而均匀地、与任何外界事物无关地流逝着.如何理解绝对时间呢?时间是绝对的,意味着人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时问间隔,只要用好的钟,不管谁(在什么参考系中)去测量,这个时间都是一样的.而时间像空间的结构一样,是永远稳定而可靠的,是永恒的,它均匀连续地流过.这样我们可以想象时间是一根单独