大学物理教学中如何讲狭义相对论时空观*

谷建生 魏环 李宏

(河北联合大学理学院 河北 唐山 063000)

莫文玲

(河北联合大学以升创新教育基地 河北 唐山 063000)

在大学物理的狭义相对论教学中，狭义相对论时空观的教学既是重点，也是难点．如何使这部分内容既能体现爱因斯坦深刻的物理思想，又能使非物理专业的学生自然、轻松地理解相对论时空观的内容，值得我们每一位物理教师思考．通过阅读爱因斯坦关于狭义相对论的原文[1]，以及国内学者关于狭义相对论的教学研究论文[2，3]，我们获得以下认识：

(1)时钟同步是进行时间、空间测量的必要条件；

(2)狭义相对论的关键突破是爱因斯坦认识到同时性的相对性；

(3)光速在狭义相对论中处于核心地位．

基于以上认识，并在对比参考一些经典物理教科书的基础上[4～7]，我们建议采用以下方案组织教学．

1 时钟的同步

要了解狭义相对论时空观，应先给出时钟同步这一研究时空理论的前提．

为了能记录发生在同一惯性系不同空间点上事件的时间，应在三维坐标各网格点上都安放一个时钟．现在，需要确定一种方法使所有时钟都具有统一的时间，即校准空间各点的时钟，这称为时钟同步．比较可行的办法是采用光信号法使各时钟同步．如图1所示，可以采取如下办法对准两地的时钟.在两地连线的中点放一光信号发生器，在两地时钟所在处各放一光信号接收器，两地接收到光信号的时刻就被认定是“同时”的，据此调准两地的时钟．采用这……