第6章相对论与量子论初步课程标准及剖析：（1）初步了解精典时空观和相对论时空观，晓得相对论对人类认识世界的影响。在共同选修模块中引入精典时空观与相对论时空观的比较，致力为中学生开启了解近代化学的一些阳台，让中学生了解近代化学的一些核心内容，同时也让中学生了解精典化学的一些局限性。爱因斯坦的相对论是近代化学的支柱之一，中学生应当了解相对论时空观的主要思想，了解相对论对人类认识世界的影响。本条目彰显了精典化学与近代数学的结合。（2）初步了解微观世界中的量子化现象，晓得宏观物体和微观粒子的能量变化特性，感受量子论的构建推进了人类对于物质世界的认识。在共同选修中引入量子论的一些思想，这有利于中学生了解与宏观世界有区别的微观世界，了解近代化学的另一支柱——微观世界的量子论。本条目要求中学生初步了解微观世界的量子化现象，晓得微观世界的能量变化与宏观世界的能量变化不同，即不是连续的，而是量子化的。感受量子论的构建是怎样促使人们认识物质世界的。本条目也彰显了精典化学与近代数学的结合。编者编撰意图：初步了解精典时空观和相对论时空观的区别，晓得相对论对人类认识世界的影响。初步了解微观世界中的量子化现象，晓得宏观物体和微观粒子的能量变化特性。
通过本章学习，感受理想实验、物理模型等研究方式的重要作用，发展想像能力，培养勇于指责的精神和创新的意识；感受量子论的构建推进了人类对物质世界的认识，晓得科学理论不是一成不变的，而是一个逐渐建立的过程。课程简介：本章导出部份借助19和20世纪之交的数学学天空中的“两朵乌云”，向中学生展示完全不同于我们熟悉的低速宏观世界的另一个崭新的:世界高速世界和量子世界。第一节高速世界，从精典热学解释迈克尔逊—莫雷实验结果所形成的矛盾入手，根据数学学发展的历程，引出爱因斯坦的两个基本假定。通过形象生动的画面和浅显易懂的实例让中学生初步认识狭义相对论。第二节量子世界，从热幅射规律入手量子论的物理学基础，阐明精典数学学理论与实验结果的严重背离，探讨普朗克“量子假说”，初步认识玻儿理论重要意义，同时让中学生认识光的粒子性和波动性。通过实例初步了解微观世界量子假说。第1节高速世界一、内容与地位：在此之前的学习过程中，中学生早已对精典数学学的理论和成就有了一定的了解。并且，中学生在共同选修模块中，没有接触波动学、电磁学、光学等相关知识，中学生对那些相关知识的了解还逗留在中学极浅薄的认识基础上。所以，在指导中学生研习这部份内容时，要充分做好先行知识的组织，使中学生通过对精典时空观的突破来了解相对论时空观的主要思想。
在教学活动中要淡化爱因斯坦和相对论的神秘色调量子论的物理学基础，要使中学生领会爱因斯坦在研究工作中表现下来的创新精神、所应用的科学方式不是高不可攀的，我们是可以理解问题的。二、教学目标：1、初步了解精典时空观被突破的过程和爱因斯坦构建新理论的方式。因而了解相对论时空观的主要思想，并按照相对论时空观进行公式推论，解释相关的一些现象。2、认识精典热学的实用范围和局限性，晓得相对论对人类认识世界的影响，感受科学研究方式和尊重实验事实的科学心态对人们认识自然的重要作用。三、重点和难点：重点：通过剖析和讨论，了解精典化学时空观的局限性及其与相对论时空观之间的差别。难点：阐明出精典时空观与麦克尔逊—莫雷实验结果具体的矛盾表现。四、教学设计：（一）导出新课1900年的4月27日，在法国巴黎皇家研究所召开的科学报告会上，一位德高望重的老科学家开尔文作了一个讲演，题目是《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》。他的第一段话是如此说的：“动力学理论断言，热和光都是运动的方法。但如今这一理论的优美性和明确性却被两朵乌云遮蔽，变得黯然失色了……”(‘Theandofthe,whichheatandlighttobemodesof,isatbytwo.’)这个“乌云”的比喻后来被反复地引用。
联系到当时人们对精典数学学成就的豁达情绪，许多时侯这个叙述又弄成了“物理学放晴天空的远处，悬浮着两朵小小的令人不安的乌云。”这两朵“乌云”是：1、【板书】迈克尔逊—莫雷实验（1881年—1887年间）：研究光沿不同方向传播速率的差别。2、【板书】热幅射实验：（1900年左右）：研究热幅射的能量与湿度的关系。这两个实验所观测到的现象用当时已有的数学学理论难以进行合理的解释。正是这两朵的乌云，不久之后酿成了数学学中一场巨大的变迁。我们先来瞧瞧数学学的天空中这令人不安的第一朵“乌云”：光沿不同方向传播的速率是否相同？（二）新课教学1、高速世界的两个基本原理精典热学的研究表明所有的机械波都必须通过介质能够传播。麦克斯韦的电磁场理论阐明了光就是电磁波。光既然是波，当时人们自然要想：传播光波的介质是哪些呢？当时的化学学家假设这些介质称作“以太”，整个宇宙空间都饱含了“以太”，觉得“以太”是极其黏稠，密度极小的、完全透明的、难以觉得到的介质。根据精典的波动理论，这些介质的弹力又是非常大的，光波才能在上面有这么巨大的传播速率。是一种使人倍感奇怪的介质。思索：假如我们在静止的空气中快速前进，都会觉得到有风迎头吹拂，为何？由于尽管空气相对于地面是静止的，但空气相对于我们正在前进的人却是运动的。
月球是用30km/s的速率在宇宙中绕太阳运动的，假如“以太”这种介质饱含了宇宙，也必然会有30km/s的“以太风”迎着地球吹拂，我们能观测到这些“以太”风吗？问题：宇宙中饱含了传播光的介质“以太”，月球又在宇宙中运动，设光在“以太”中的传播速率为c，月球相对于“以太”运动的速率为v，这么当光的传播方向与月球的运动方向相同时，以月球为参照物时，会测得光的速率是多大呢？u1=（c-v）当光的传播方向迎着地球的运动方向而至时，以月球为惯性参照物又会测得光速为多大呢？生：应当是u2=（c+v）假如以月球做惯性参照物，不同方向的光（电磁波）的速率的确有不同的话，就说明麦克斯韦理论描述的电磁波各个方向速率相同的规律，只有在用“以太”为惯性参照物时才是适用的，在用月球这类相对于“以太”运动的物体做参照物时电磁波各个方向速率相同的规律就不适用了，还会造成“不同的惯性参照系中数学规律是不同的”这样一个推论。日本化学学工作者迈克尔逊和莫雷在1881至1887年间在不断增强实验精确度的过程中，反复做了同一个实验：把仪器固定在地面上与月球一起运动，在光沿着月球运动方向传播、逆着地球运动方向传播、以及光传播方向与月球运动方向垂直时，不怜悯况下检测光速的差别。
令人惊骇的实验结果是：以月球为惯性参照物时测得各个方向的光速没有差别。这个知名的实验后来化学学界把它称作迈克尔逊—莫雷实验。【板书】迈克尔逊—莫雷实验结果：以月球为惯性参照物时测得各个方向的光速没有超出实验偏差范围的显著差别。这样的实验结果，与精典的化学学理论形成了无法调和的矛盾，令人倍感不安。如何办？许多数学学工作者对迈克尔逊—莫雷实验的结果提出了一些使人倍感牵强的解释，未能从根本上解决问题。诸如“‘以太’牵引说”、“洛仑兹收缩说”等。爱因斯坦的办法：于1905年写了一篇论文提出了他的看法：1、相对性原理：数学规律在一切惯性参照系中都具有相同的方式。2、光速不变原理：在一切惯性系中，检测到的真空中的光速c都一样。2、时间减缓效应问题：静止的观测者、顺着光速方向运动的观测者、逆着光速方向运动的观测者，光相对于她们通过的位移是不同的，检测到的光速却都是一样的，这是为何呢？生推测：能否觉得不同的惯性参照系中测得的时间也是不相同的呢？观测者测得光通过的距离较长时，假如他测得的时间也较长，则光速有可能是一样
