2019-2020年高中物理 《狹義相對論的基本原理》教案 滬科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 《狹義相對論的基本原理》教案 滬科版必修2 教學(xué)要求 初步了解愛因斯坦相對論建立的背景，知道時間延緩，長度縮短，質(zhì)速關(guān)系，質(zhì)能關(guān)系和時空彎曲。能運用相對論知識解釋簡單的現(xiàn)象。 了解經(jīng)典物理學(xué)的局限，知道經(jīng)典時空觀與相對論時空觀之間的關(guān)系。 初步認(rèn)識“猜想”，“假設(shè)”和“物理模型的構(gòu)建”在科學(xué)研究中的重要作用，培養(yǎng)大膽質(zhì)疑的勇氣和批判意識。 教學(xué)重點 了解現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)知識。 通過物理學(xué)史的教育幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的時空觀，同時讓學(xué)生體會到：科學(xué)的發(fā)展永無止境；在科學(xué)研究中要敢于質(zhì)疑，不迷信權(quán)威，選擇科學(xué)的研究方法巧妙地解決問題。 教學(xué)難點 高速世界遠(yuǎn)離我們所生活的低速世界，不但難以用生活經(jīng)驗來詮釋，而且與生活經(jīng)驗相背離，導(dǎo)致學(xué)生難以接受。 經(jīng)典物理學(xué)的概念根深蒂固，導(dǎo)致學(xué)生對新理論難以理解。 高速實驗難以演示，缺乏直觀的實驗和形象生動的實例使學(xué)生難以想象。 學(xué)情分析 學(xué)生已通過一年的物理學(xué)習(xí)基本建立經(jīng)典力學(xué)的概念體系，牛頓經(jīng)典時空觀與認(rèn)知世界的協(xié)調(diào)，以及牛頓力學(xué)對現(xiàn)實世界解釋的巨大成功，使之對此深信不疑；況且教師在以往的教學(xué)中有意避開對牛頓力學(xué)成立的先驗條件的闡述，因此學(xué)生對此缺乏認(rèn)識，高速世界與牛頓力學(xué)的沖突又遠(yuǎn)離他們的生活經(jīng)驗，不能構(gòu)成他們進(jìn)一步求知的動力。 教學(xué)目的 知識與技能 知道世紀(jì)之交的晴朗的物理學(xué)天空上的兩朵烏云，了解其主要內(nèi)容以及由此所引起的物理學(xué)理論的發(fā)展與創(chuàng)新。 認(rèn)識經(jīng)典力學(xué)的實用范圍和局限性。知道經(jīng)典時空觀與相對論時空觀之間的關(guān)系。 初步了解相對論時空觀中的基本觀點，了解狹義相對論和廣義相對論。知道相對論以人類認(rèn)識高速世界的影響。 過程與方法 經(jīng)歷科學(xué)家建立相對論的思維探索過程，認(rèn)識科學(xué)思維的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，從中體驗成功的樂趣。 了解物理學(xué)的研究方法，認(rèn)識理想實驗，物理模型和數(shù)學(xué)工具在科學(xué)研究中的重要作用，以及物理驗證實驗在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用。 情感態(tài)度與價值觀 領(lǐng)略到自然界的奇妙與和諧，發(fā)展學(xué)生對科學(xué)的好奇心與求知欲。 養(yǎng)成敢于發(fā)表自己觀點，既堅持原則又尊重他人的良好習(xí)慣。培養(yǎng)有根據(jù)的懷疑精神和批判意識，敢于堅持真理，勇于創(chuàng)新和實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神以及判斷大眾傳媒等有關(guān)信息是否科學(xué)的意識。 了解科學(xué)理論的相對性，知道科學(xué)理論發(fā)展過程的繼承與揚棄。 體會科學(xué)，技術(shù)與社會之間的互動關(guān)系。 幾點教學(xué)設(shè)計及目的 課件　標(biāo)題：人類的宇宙圖象　 內(nèi)容：　屈原＜＜天問＞＞　、天似穹廬，籠蓋四野（天圓地方）、亞里士多德＜＜論天＞＞中提到的地圓說及三個證據(jù)（月食，北極星的位置，先見船帆）、托勒密模型（地靜中心圓周說）、哥白尼太陽靜止中心圓周說、開普勒橢圓說、牛頓的無中心說……（有條件可采用FLASH作成動畫，或用PPT也成） 目的：讓學(xué)生感受到人類認(rèn)識自然過程的曲折性，每一個先進(jìn)的理論往往都有他的時代的局限性，雖然它最終都被修正卻無損于它的偉大。為接下來的學(xué)習(xí)做好心理準(zhǔn)備。 2　“拋磚” 剪輯一小段有關(guān)“時間旅行”或“星際旅行”的科幻影視片斷做成課件播放，調(diào)動學(xué)生興趣，然后教師提出一個以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)的推導(dǎo)，通過速度合成達(dá)到超光速以進(jìn)行時間或星際旅行的理論（此時教師最好是故作神秘，似乎通過“嚴(yán)謹(jǐn)”的推導(dǎo)，作出重大的理論發(fā)現(xiàn)似的。以期搞暈學(xué)生，逼出認(rèn)知沖突。） 3　“引玉” 讓學(xué)生評價“速度合成超光速”的可能性，這時學(xué)生中必然有人閱讀過有關(guān)相對論的知識因而對此提出異議，此時可讓他們發(fā)言，互相反駁、質(zhì)疑，形成一種熱烈的求知氛圍。 4　“尺縮鐘慢”的推導(dǎo) 依據(jù)司南版＜＜物理必修2＞＞本節(jié)課的時間延緩效應(yīng)示意圖，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo) （1）△t=△t′／(1-v2/c2)1/2、　　(2) L′=L(1-v2/c2)1/2 　 得出“尺慢鐘縮”的結(jié)論。這部份的推導(dǎo)對于熟練掌握運動學(xué)知識的學(xué)生來說不算太難，讓他們體驗一下理論推理的樂趣，有助于提高學(xué)生的自信，認(rèn)識科學(xué)推論的過程。 5　想象小論文　 請發(fā)揮一下你的想象力，想象一下你在一個最高速度只有20公里的世界中旅行將會碰到什么有趣的事。 模擬演示 用編織網(wǎng)袋或有彈性的布料做一個平面，再取兩個小鋼球放在平面上，模擬演示質(zhì)量使時空發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。 教學(xué)流程 第一課時 課件演示　標(biāo)題：人類的宇宙圖象　 “拋磚” “引玉” 教師講述物理學(xué)史； 物理學(xué)大廈上空的兩朵烏云、“邁克爾遜－莫雷實驗”40年如一日反復(fù)得出的結(jié)果――光速不變、以太陰魂、牛頓力學(xué)的兩個先驗條件（絕對時空觀）。愛因斯坦通盤考慮了有關(guān)光的傳播速度的實驗結(jié)果和牛頓力學(xué)、麥克斯韋電磁場理論的根基，他得出結(jié)論，唯一的出路是革命，從根本上改造經(jīng)典物理學(xué)，拋棄以太，拋棄絕對時間和絕對空間，在新的時間、空間概念的基礎(chǔ)上，建立全新的物理學(xué)體系――相對論。愛因斯坦的兩個基本假設(shè)（狹義相對論）、由相對論引發(fā)的兩個著名佯謬“尺縮鐘慢” 5　“尺縮鐘慢”的推導(dǎo) 6　作業(yè)：想象小論文　，收集有關(guān)相對論的資料。 第一課時結(jié)束。 第二課時 學(xué)生朗誦＜＜想象小論文＞＞，討論是否符合相對論原理。 輔導(dǎo)自學(xué)“質(zhì)速關(guān)系”“質(zhì)能關(guān)系” 講解愛因斯坦升降機(jī)理想實驗并得出加速運動和引力作用都導(dǎo)致了軌跡彎曲的結(jié)果。由此總結(jié)出“等效原理”； 預(yù)言光線彎曲并得到證實；將光線彎曲等效于時空彎曲來解釋引力場的效應(yīng)、提出廣義相對論引力場方程。 模擬演示“時空彎曲的引力效應(yīng)” 相對論的幾個預(yù)言及被證實的過程（由學(xué)生講述，教師補(bǔ)充） 介紹愛因斯坦的生平及一生的偉大貢獻(xiàn)（由學(xué)生講述，教師補(bǔ)充） 作業(yè)；試解釋“山中方七日，世上已千年” 對相對論有興趣的同學(xué)可課外閱讀＜＜時間簡史＞＞＜＜時間簡史續(xù)編＞＞＜＜時空本性＞＞＜＜相對論演義＞＞＜＜奇異的量子世界＞＞等書 有關(guān)相對論的一此資料： 1　公元1054年發(fā)生過一起非常著名的超新星爆發(fā)事件，若光速能疊加則在幾十年后都能看到這顆超新星爆發(fā)時所發(fā)出的光，而實際情況卻像我國宋史上所記載的那樣“歲余稍沒”，此事間接證明了光速不變原理。　　 2　激發(fā)氫原子的實驗以及對宇宙線的研究過程都證實了時間膨脹說。 3　廣義相對論解釋了水星近日點的進(jìn)動問題，證明它是來源于實踐的科學(xué)理論。 4　廣義相對論預(yù)言了光譜線的引力紅移，并得到證實。 5　英國的日全蝕觀測隊證實了星光在近太陽時彎曲。 6　廣義相對論解釋了“愛因斯坦十字星座”現(xiàn)象 本文只是給出一個授課過程的框架性建議，以及一此參考資料，本課內(nèi)容多，處理也靈活，相信每個教師都有自己的特點及學(xué)情，不應(yīng)受到束縛。這里只是拋磚引玉而已。