高中狹義相對論的教法
高中狹義相對論的教法
摘 要：筆者發現，只要“從愛因斯坦狹義相對論的兩個基本假設出發，用‘光’作為測量工具”，就可以避開洛倫茲變換，利用中學生能夠理解的數學知識進行相對論知識的傳授，使狹義相對論的觀點和公式在中學物理教學中變得十分簡捷、有效，容易接受。
本文介紹了利用這個方法，定量地進行相對論相關公式(包括時間、長度、速度、質量)的推導過程。
關鍵詞：時空觀;狹義相對論;教學方法
狹義相對論的時空觀由于其本身不太好理解，中學生對此知識是心生畏懼，所以一直是中學物理教學中的一個難點。
在教學探索過程中，筆者嘗試從愛因斯坦提出的狹義相對論的兩個基本假設出發，凸顯用“光”作為測量工具的特色，避開用中學生難以理解的洛倫茲變換，用中學數學知識和中學生已經掌握并理解了的物理規律，巧妙地推導出狹義相對論的主要觀點、結論和公式。
因為愛因斯坦的時空觀中，物體都是高速運動的――物體以接近光速的速度在運動，所以要“凸顯用‘光’作為測量工具的特色”。
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，讓學生直觀地發現狹義相對論的結論，取得了很好的教學效果。
本文試將筆者的推導過程，展示如下：
說明1：狹義相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規律都是相同的。
本文選擇的參考系，都是慣性參考系，所用的規律，都是學生熟知的運動學基本規律。
說明2：光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。
即光速與光源及觀察者間的相對運動沒有關系，或者說真空中的光速是各向同性的。
說明3：用“光”作為測量工具，是本文的一個重要觀點。
我們應該想到，狹義相對論研究的運動，其速度都是可以和光速相比的，用一般的測量工具和方法，自然無法理解和導出狹義相對論的時空觀和相應的公式。
而用“光”作為測量工具，則是一個十分簡捷、有效的方法。
本文所舉的例子就是用這個方法，緊扣上面的三點說明，來解決如何向中學生講解狹義相對論時空觀這個難題。
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動的火車為模型，以下不再說明。
6 結 語
由本文介紹的方法可見，從狹義相對論兩個基本假設出發，并用“光”作為測量工具，可以使學生感覺畏懼、難懂的狹義相對論，很輕松地傳授給中學生。
只要我們掌握了這個方法，就可以避開洛倫茲變換，輕松地向中學生講授狹義相對論，并且狹義相對論公式也不用再像教材那樣強行給出讓學生死記硬背，公式的推導也非常容易理解，使學生感到狹義相對論的基本時空觀和其他結論，都是“從狹義相對論的兩個基本假設出發，并用‘光’作為測量工具”所推導出的必然結果，并不像想象和傳說中的那么神秘和另類了。
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