第6章相對論與量子論初步課程標準及剖析：（1）初步了解精典時空觀和相對論時空觀，曉得相對論對人類認識世界的影響。在共同選修模塊中引入精典時空觀與相對論時空觀的比較，致力為中學生開啟了解近代化學的一些陽臺，讓中學生了解近代化學的一些核心內容，同時也讓中學生了解精典化學的一些局限性。愛因斯坦的相對論是近代化學的支柱之一，中學生應當了解相對論時空觀的主要思想，了解相對論對人類認識世界的影響。本條目彰顯了精典化學與近代數學的結合。（2）初步了解微觀世界中的量子化現象，曉得宏觀物體和微觀粒子的能量變化特性，感受量子論的構建推進了人類對于物質世界的認識。在共同選修中引入量子論的一些思想，這有利于中學生了解與宏觀世界有區別的微觀世界，了解近代化學的另一支柱——微觀世界的量子論。本條目要求中學生初步了解微觀世界的量子化現象，曉得微觀世界的能量變化與宏觀世界的能量變化不同，即不是連續的，而是量子化的。感受量子論的構建是怎樣促使人們認識物質世界的。本條目也彰顯了精典化學與近代數學的結合。編者編撰意圖：初步了解精典時空觀和相對論時空觀的區別，曉得相對論對人類認識世界的影響。初步了解微觀世界中的量子化現象，曉得宏觀物體和微觀粒子的能量變化特性。
通過本章學習，感受理想實驗、物理模型等研究方式的重要作用，發展想像能力，培養勇于指責的精神和創新的意識；感受量子論的構建推進了人類對物質世界的認識，曉得科學理論不是一成不變的，而是一個逐漸建立的過程。課程簡介：本章導出部份借助19和20世紀之交的數學學天空中的“兩朵烏云”，向中學生展示完全不同于我們熟悉的低速宏觀世界的另一個嶄新的:世界高速世界和量子世界。第一節高速世界，從精典熱學解釋邁克爾遜—莫雷實驗結果所形成的矛盾入手，根據數學學發展的歷程，引出愛因斯坦的兩個基本假定。通過形象生動的畫面和淺顯易懂的實例讓中學生初步認識狹義相對論。第二節量子世界，從熱幅射規律入手量子論的物理學基礎，闡明精典數學學理論與實驗結果的嚴重背離，探討普朗克“量子假說”，初步認識玻兒理論重要意義，同時讓中學生認識光的粒子性和波動性。通過實例初步了解微觀世界量子假說。第1節高速世界一、內容與地位：在此之前的學習過程中，中學生早已對精典數學學的理論和成就有了一定的了解。并且，中學生在共同選修模塊中，沒有接觸波動學、電磁學、光學等相關知識，中學生對那些相關知識的了解還逗留在中學極淺薄的認識基礎上。所以，在指導中學生研習這部份內容時，要充分做好先行知識的組織，使中學生通過對精典時空觀的突破來了解相對論時空觀的主要思想。
在教學活動中要淡化愛因斯坦和相對論的神秘色調量子論的物理學基礎，要使中學生領會愛因斯坦在研究工作中表現下來的創新精神、所應用的科學方式不是高不可攀的，我們是可以理解問題的。二、教學目標：1、初步了解精典時空觀被突破的過程和愛因斯坦構建新理論的方式。因而了解相對論時空觀的主要思想，并按照相對論時空觀進行公式推論，解釋相關的一些現象。2、認識精典熱學的實用范圍和局限性，曉得相對論對人類認識世界的影響，感受科學研究方式和尊重實驗事實的科學心態對人們認識自然的重要作用。三、重點和難點：重點：通過剖析和討論，了解精典化學時空觀的局限性及其與相對論時空觀之間的差別。難點：闡明出精典時空觀與麥克爾遜—莫雷實驗結果具體的矛盾表現。四、教學設計：（一）導出新課1900年的4月27日，在法國巴黎皇家研究所召開的科學報告會上，一位德高望重的老科學家開爾文作了一個講演，題目是《在熱和光動力理論上空的19世紀烏云》。他的第一段話是如此說的：“動力學理論斷言，熱和光都是運動的方法。但如今這一理論的優美性和明確性卻被兩朵烏云遮蔽，變得黯然失色了……”(‘Theandofthe,whichheatandlighttobemodesof,isatbytwo.’)這個“烏云”的比喻后來被反復地引用。
聯系到當時人們對精典數學學成就的豁達情緒，許多時侯這個敘述又弄成了“物理學放晴天空的遠處，懸浮著兩朵小小的令人不安的烏云。”這兩朵“烏云”是：1、【板書】邁克爾遜—莫雷實驗（1881年—1887年間）：研究光沿不同方向傳播速率的差別。2、【板書】熱幅射實驗：（1900年左右）：研究熱幅射的能量與濕度的關系。這兩個實驗所觀測到的現象用當時已有的數學學理論難以進行合理的解釋。正是這兩朵的烏云，不久之后釀成了數學學中一場巨大的變遷。我們先來瞧瞧數學學的天空中這令人不安的第一朵“烏云”：光沿不同方向傳播的速率是否相同？（二）新課教學1、高速世界的兩個基本原理精典熱學的研究表明所有的機械波都必須通過介質能夠傳播。麥克斯韋的電磁場理論闡明了光就是電磁波。光既然是波，當時人們自然要想：傳播光波的介質是哪些呢？當時的化學學家假設這些介質稱作“以太”，整個宇宙空間都飽含了“以太”，覺得“以太”是極其黏稠，密度極小的、完全透明的、難以覺得到的介質。根據精典的波動理論，這些介質的彈力又是非常大的，光波才能在上面有這么巨大的傳播速率。是一種使人倍感奇怪的介質。思索：假如我們在靜止的空氣中快速前進，都會覺得到有風迎頭吹拂，為何？由于盡管空氣相對于地面是靜止的，但空氣相對于我們正在前進的人卻是運動的。
月球是用30km/s的速率在宇宙中繞太陽運動的，假如“以太”這種介質飽含了宇宙，也必然會有30km/s的“以太風”迎著地球吹拂，我們能觀測到這些“以太”風嗎？問題：宇宙中飽含了傳播光的介質“以太”，月球又在宇宙中運動，設光在“以太”中的傳播速率為c，月球相對于“以太”運動的速率為v，這么當光的傳播方向與月球的運動方向相同時，以月球為參照物時，會測得光的速率是多大呢？u1=（c-v）當光的傳播方向迎著地球的運動方向而至時，以月球為慣性參照物又會測得光速為多大呢？生：應當是u2=（c+v）假如以月球做慣性參照物，不同方向的光（電磁波）的速率的確有不同的話，就說明麥克斯韋理論描述的電磁波各個方向速率相同的規律，只有在用“以太”為慣性參照物時才是適用的，在用月球這類相對于“以太”運動的物體做參照物時電磁波各個方向速率相同的規律就不適用了，還會造成“不同的慣性參照系中數學規律是不同的”這樣一個推論。日本化學學工作者邁克爾遜和莫雷在1881至1887年間在不斷增強實驗精確度的過程中，反復做了同一個實驗：把儀器固定在地面上與月球一起運動，在光沿著月球運動方向傳播、逆著地球運動方向傳播、以及光傳播方向與月球運動方向垂直時，不憐憫況下檢測光速的差別。
令人驚駭的實驗結果是：以月球為慣性參照物時測得各個方向的光速沒有差別。這個知名的實驗后來化學學界把它稱作邁克爾遜—莫雷實驗。【板書】邁克爾遜—莫雷實驗結果：以月球為慣性參照物時測得各個方向的光速沒有超出實驗偏差范圍的顯著差別。這樣的實驗結果，與精典的化學學理論形成了無法調和的矛盾，令人倍感不安。如何辦？許多數學學工作者對邁克爾遜—莫雷實驗的結果提出了一些使人倍感牽強的解釋，未能從根本上解決問題。諸如“‘以太’牽引說”、“洛侖茲收縮說”等。愛因斯坦的辦法：于1905年寫了一篇論文提出了他的看法：1、相對性原理：數學規律在一切慣性參照系中都具有相同的方式。2、光速不變原理：在一切慣性系中，檢測到的真空中的光速c都一樣。2、時間減緩效應問題：靜止的觀測者、順著光速方向運動的觀測者、逆著光速方向運動的觀測者，光相對于她們通過的位移是不同的，檢測到的光速卻都是一樣的，這是為何呢？生推測：能否覺得不同的慣性參照系中測得的時間也是不相同的呢？觀測者測得光通過的距離較長時，假如他測得的時間也較長，則光速有可能是一樣
