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高中狹義相對(duì)論的教法
高中狹義相對(duì)論的教法
摘 要：筆者發(fā)現(xiàn)，只要“從愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)出發(fā)，用‘光’作為測(cè)量工具”，就可以避開(kāi)洛倫茲變換，利用中學(xué)生能夠理解的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行相對(duì)論知識(shí)的傳授，使狹義相對(duì)論的觀點(diǎn)和公式在中學(xué)物理教學(xué)中變得十分簡(jiǎn)捷、有效，容易接受。
本文介紹了利用這個(gè)方法，定量地進(jìn)行相對(duì)論相關(guān)公式(包括時(shí)間、長(zhǎng)度、速度、質(zhì)量)的推導(dǎo)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：時(shí)空觀;狹義相對(duì)論;教學(xué)方法
狹義相對(duì)論的時(shí)空觀由于其本身不太好理解，中學(xué)生對(duì)此知識(shí)是心生畏懼，所以一直是中學(xué)物理教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。
在教學(xué)探索過(guò)程中，筆者嘗試從愛(ài)因斯坦提出的狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)出發(fā)，凸顯用“光”作為測(cè)量工具的特色，避開(kāi)用中學(xué)生難以理解的洛倫茲變換，用中學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)和中學(xué)生已經(jīng)掌握并理解了的物理規(guī)律，巧妙地推導(dǎo)出狹義相對(duì)論的主要觀點(diǎn)、結(jié)論和公式。
因?yàn)閻?ài)因斯坦的時(shí)空觀中，物體都是高速運(yùn)動(dòng)的――物體以接近光速的速度在運(yùn)動(dòng)，所以要“凸顯用‘光’作為測(cè)量工具的特色”。
這樣就將抽象的邏輯思維變成了高中生易于接受的形象思維，讓學(xué)生直觀地發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論的結(jié)論，取得了很好的教學(xué)效果。
本文試將筆者的推導(dǎo)過(guò)程，展示如下：
說(shuō)明1：狹義相對(duì)性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。
本文選擇的參考系，都是慣性參考系，所用的規(guī)律，都是學(xué)生熟知的運(yùn)動(dòng)學(xué)基本規(guī)律。
說(shuō)明2：光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑僭诓煌膽T性參考系中都是相同的。
即光速與光源及觀察者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有關(guān)系，或者說(shuō)真空中的光速是各向同性的。
說(shuō)明3：用“光”作為測(cè)量工具，是本文的一個(gè)重要觀點(diǎn)。
我們應(yīng)該想到，狹義相對(duì)論研究的運(yùn)動(dòng)，其速度都是可以和光速相比的，用一般的測(cè)量工具和方法，自然無(wú)法理解和導(dǎo)出狹義相對(duì)論的時(shí)空觀和相應(yīng)的公式。
而用“光”作為測(cè)量工具，則是一個(gè)十分簡(jiǎn)捷、有效的方法。
本文所舉的例子就是用這個(gè)方法，緊扣上面的三點(diǎn)說(shuō)明，來(lái)解決如何向中學(xué)生講解狹義相對(duì)論時(shí)空觀這個(gè)難題。
本文所舉的例子，都是仿照課本做法，以沿著平直的軌道勻速行駛且速度可以和光速相比的一列高速運(yùn)動(dòng)的火車(chē)為模型，以下不再說(shuō)明。
6 結(jié) 語(yǔ)
由本文介紹的方法可見(jiàn)，從狹義相對(duì)論兩個(gè)基本假設(shè)出發(fā)，并用“光”作為測(cè)量工具，可以使學(xué)生感覺(jué)畏懼、難懂的狹義相對(duì)論，很輕松地傳授給中學(xué)生。
只要我們掌握了這個(gè)方法，就可以避開(kāi)洛倫茲變換，輕松地向中學(xué)生講授狹義相對(duì)論，并且狹義相對(duì)論公式也不用再像教材那樣強(qiáng)行給出讓學(xué)生死記硬背，公式的推導(dǎo)也非常容易理解，使學(xué)生感到狹義相對(duì)論的基本時(shí)空觀和其他結(jié)論，都是“從狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)出發(fā)，并用‘光’作為測(cè)量工具”所推導(dǎo)出的必然結(jié)果，并不像想象和傳說(shuō)中的那么神秘和另類(lèi)了。
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