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(shí)間延緩,長度縮短,質(zhì)速關(guān)系,質(zhì)能關(guān)系和時(shí)空彎曲。能運(yùn)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(shí)空觀與相對論時(shí)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(diǎn) 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(shí)空觀,同時(shí)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(diǎn) 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(yàn)來詮釋,而且與生活經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)難以演示,缺乏直觀的實(shí)驗(yàn)和形象生動的實(shí)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(shí)空觀與認(rèn)知世界的協(xié)調(diào),以及牛頓力學(xué)對現(xiàn)實(shí)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(yàn)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(yàn),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(shí)用范圍和局限性。知道經(jīng)典時(shí)空觀與相對論時(shí)空觀之間的關(guān)系。 初步了解相對論時(shí)空觀中的基本觀點(diǎn),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(yàn)成功的樂趣。 了解物理學(xué)的研究方法,認(rèn)識理想實(shí)驗(yàn),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(yàn)證實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展過程中的作用。 情感態(tài)度與價(jià)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(diǎn),既堅(jiān)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(jiān)持真理,勇于創(chuàng)新和實(shí)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(yáng)棄。 體會科學(xué),技術(shù)與社會之間的互動關(guān)系。 幾點(diǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)先進(jìn)的理論往往都有他的時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)間或星際旅行的理論(此時(shí)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(jià)“速度合成超光速”的可能性,這時(shí)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(shí)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(shí)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(yùn)動學(xué)知識的學(xué)生來說不算太難,讓他們體驗(yàn)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(gè)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(gè)平面,再取兩個(gè)小鋼球放在平面上,模擬演示質(zhì)量使時(shí)空發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。 教學(xué)流程 第一課時(shí) 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(shí)驗(yàn)”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(gè)先驗(yàn)條件(絕對時(shí)空觀)。愛因斯坦通盤考慮了有關(guān)光的傳播速度的實(shí)驗(yàn)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(shí)間和絕對空間,在新的時(shí)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(gè)基本假設(shè)(狹義相對論)、由相對論引發(fā)的兩個(gè)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(shí)結(jié)束。 第二課時(shí) 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(shí)驗(yàn)并得出加速運(yùn)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(shí);將光線彎曲等效于時(shí)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(shí)空彎曲的引力效應(yīng)” 相對論的幾個(gè)預(yù)言及被證實(shí)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(shí)間簡史>><<時(shí)間簡史續(xù)編>><<時(shí)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(shí)所發(fā)出的光,而實(shí)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(shí)驗(yàn)以及對宇宙線的研究過程都證實(shí)了時(shí)間膨脹說。 3 廣義相對論解釋了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動問題,證明它是來源于實(shí)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(shí)。 5 英國的日全蝕觀測隊(duì)證實(shí)了星光在近太陽時(shí)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(gè)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(gè)教師都有自己的特點(diǎn)及學(xué)情,不應(yīng)受到束縛。這里只是拋磚引玉而已。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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