2020-2021學(xué)年高中物理 第六章 相對(duì)論與量子論初步 第1節(jié) 高速世界教案1 魯科版必修2

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第六章 相對(duì)論與量子論初步 第1節(jié) 高速世界教案1 魯科版必修22020-2021學(xué)年高中物理 第六章 相對(duì)論與量子論初步 第1節(jié) 高速世界教案1 魯科版必修2年級(jí)：姓名：- 9 -第1節(jié) 高速世界【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1了解高速世界的兩個(gè)基本原理。2了解經(jīng)典物理學(xué)的局限性，知道經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀之間的關(guān)系。3掌握質(zhì)速關(guān)系與質(zhì)能關(guān)系。二、過程與方法1了解科學(xué)家建立相對(duì)論的探索過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)思維的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)思維的方法。2通過建立相對(duì)論時(shí)空觀，提高學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的能力。3認(rèn)識(shí)猜想和假設(shè)的重要性，培養(yǎng)應(yīng)用相對(duì)論時(shí)空觀分析研究問題的能力。三、情感、態(tài)度與

2、價(jià)值觀1培養(yǎng)有根據(jù)的批判意識(shí)，培養(yǎng)勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度2激發(fā)學(xué)生對(duì)相對(duì)論力學(xué)的探索熱情。3培養(yǎng)學(xué)生對(duì)邏輯推理形成的結(jié)論要有一個(gè)科學(xué)的接受態(tài)度。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】1、狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)。2、相對(duì)論的時(shí)空觀，同時(shí)的相對(duì)性，長度的相對(duì)性，時(shí)間間隔的相對(duì)性。3、質(zhì)量、能量、速度的聯(lián)系【教學(xué)方法】提出問題、揭示矛盾、引發(fā)學(xué)生思考，然后通過相對(duì)論假設(shè)進(jìn)行邏輯推理，得出結(jié)論?！窘叹邷?zhǔn)備】多媒體課件【教學(xué)過程】（一）新課引入：邁入新世界 在19世紀(jì)與20世紀(jì)之交（1900年前后），許多人認(rèn)為物理學(xué)這座莊嚴(yán)雄偉、動(dòng)人心弦的科學(xué)殿堂已經(jīng)基本建成了。只是“物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，漂浮著兩朵小小的令人不安的烏云。” 這

3、兩朵“烏云”是：1、邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)：研究光沿不同方向傳播速度的差異。2、熱輻射實(shí)驗(yàn)：研究熱輻射的能量與溫度的關(guān)系。 這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所觀測到的現(xiàn)象用當(dāng)時(shí)已有的物理學(xué)理論無法進(jìn)行合理的解釋。正是這兩朵的烏云，不久以后釀成了物理學(xué)中一場巨大的變革。（二）新課教學(xué)一、高速世界的兩個(gè)基本原理1.經(jīng)典時(shí)空觀的運(yùn)動(dòng)合成原理（1） 在以20m/s的速度行駛的汽車上，有人以25m/s的速度將一小球水平拋出，在靜止于路邊的觀察者看來，如果小球是向前拋出的，那么小球水平方向的速度為多少？ 小球水平方向的的速度為兩速度之和。如果小球是向后拋出的，小球水平方向的速度又是多少？ 小球水平方向的的速度為兩速度之差。2.若一束

4、光以速度c向前傳播，相對(duì)于地面以速度v和光傳播同向運(yùn)動(dòng)的人，觀察到光的傳播速度是多少？若人相對(duì)于地面以速度v和光傳播相反方向運(yùn)動(dòng)，她觀察到的光的傳播速度是多少？根據(jù)速度合成的法則：第一種情況人看到的光速應(yīng)是c+v，第二種情況應(yīng)是c-v。3. 物體運(yùn)動(dòng)的速度能不能超過光速 如果拋出的小球的速度超過光的傳播速度，則觀察者將會(huì)先觀察到b接到a扔出來的小球，再看到a把小球扔出來的動(dòng)作。這樣將會(huì)導(dǎo)致因果關(guān)系被破壞。4. 光速不符合經(jīng)典的速度合成規(guī)律1000余年前的一次非常著名超新星爆炸，前后歷時(shí)22個(gè)月。其殘骸形成金牛座中的蟹狀星云。若光速符合經(jīng)典的速度合成律，則地面將持續(xù)25年可觀察到超新星爆發(fā)所發(fā)出

5、的強(qiáng)光。5.邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)證明“以太”不存在 1887年，物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷用自己發(fā)明的儀器進(jìn)行了精密的光的干涉實(shí)驗(yàn)，證明以太并不存在。6.愛因斯坦兩個(gè)基本假設(shè)：（1）相對(duì)性原理：物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相同的形式。（2）光速不變?cè)恚涸谝磺袘T性參照系中，測量到的真空中的光速c都一樣。二、時(shí)間延緩效應(yīng)1.愛因斯坦理想實(shí)驗(yàn)設(shè)車上的觀察者測得兩事件間隔t時(shí)間，地面上的觀察者測得兩事件間隔t時(shí)間，車廂勻速前進(jìn)速度為v。可以得出：t=師：從上式可以發(fā)現(xiàn)哪一位觀察者感覺時(shí)間長？生：地上的觀察者感覺時(shí)間間隔較長。例1：一對(duì)孿生兄弟，出生后甲乘高速飛船去旅行，測量出自己飛行30年回到地面上，

6、乙在地面上生活，問甲回來時(shí)30歲，乙這時(shí)是多少歲？（已知飛船速度v=c）分析：已知飛船觀察者甲經(jīng)時(shí)間t=30年，地面上的觀察者乙經(jīng)過時(shí)間為t=年=60年可見甲的孿生兄弟已經(jīng)60歲了。2.“鐘慢效應(yīng)”是運(yùn)動(dòng)參考系中的時(shí)間節(jié)奏變慢了。就是運(yùn)動(dòng)參考系中的一切物理過程、化學(xué)過程、生物過程都變慢了。3.時(shí)間延緩早已被高能粒子的許多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。三、長度收縮效應(yīng)下面用動(dòng)畫說明以便于理解： 火車在參照系中處于靜止?fàn)顟B(tài)。一個(gè)靜止物體在其參照系中的長度被稱作他的“正確長度”?；疖嚨恼_長度是180。當(dāng)火車在運(yùn)動(dòng)，用更長、更準(zhǔn)確的話來講：我們相對(duì)于某參照系，發(fā)現(xiàn)它（火車）在運(yùn)動(dòng)。長度收縮原理指出在此參照系中運(yùn)動(dòng)的火

7、車要短一些。 這種收縮并非幻覺。當(dāng)火車從我們身邊經(jīng)過時(shí)，任何精確的試驗(yàn)都表明其長度比靜止時(shí)要短?；疖嚥⒎强瓷先ザ塘?，它的確短了！然而，它只在其運(yùn)動(dòng)方向上收縮?；疖囀撬竭\(yùn)動(dòng)的，因此它的水平方向變短。你可能已經(jīng)注意到，火車在垂直方向的長度是一樣的。l和l之間有如下關(guān)系：師：一個(gè)桿，當(dāng)它沿自身方向相對(duì)于測量者運(yùn)動(dòng)時(shí)，測量者的測量結(jié)果如何？生：變短了。師：若桿沿著垂直自身方向相對(duì)測量者運(yùn)動(dòng)呢？生：應(yīng)該一樣。師：如果一個(gè)人在地上量好一根靜止桿的長度是l，他將這根桿帶到以0.5c速度運(yùn)動(dòng)的飛船上，坐在飛船上測量這根桿的長度又是多少？生：應(yīng)該是l，可以從公式l=l0求出。師：大家看對(duì)嗎？（少數(shù)人贊同，多數(shù)

8、人沉默）教師引導(dǎo)學(xué)生討論，強(qiáng)調(diào)參考系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是長度縮短的原因，即觀察者與被測物間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)才是長度縮短的原因，進(jìn)而否定上述答案，得到桿長仍為l的結(jié)果還可發(fā)揮學(xué)生想像力，鼓勵(lì)學(xué)生想象高速運(yùn)動(dòng)下的長度變化，加深對(duì)長度相對(duì)性的理解。四、質(zhì)速關(guān)系【投影】質(zhì)量m=0.5 kg的小球，在f=100 n的合力作用下由靜止開始加速，求經(jīng)2106s，它的速度變?yōu)槎嗌伲可簱?jù)f=ma可求出a=200 m/s2，再據(jù)v2=at求得經(jīng)2106 s時(shí)，它的速度為4108 m/s。師：大家覺得這個(gè)結(jié)果可能嗎？生：不可能，前面我們已經(jīng)看到，物體的速度不能超過光速3108 m/s。師：問題出在哪里呢？生：可能是物體的質(zhì)量發(fā)生了變化，隨速度的增加而改變。師：這一猜想很有道理。事實(shí)上，嚴(yán)格的論證已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)。如果物體靜止時(shí)質(zhì)量為m0，以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量為m，則有m=由公式可以看出隨v的增加，物體的質(zhì)量隨之增大。五、質(zhì)能關(guān)系愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式：e=mc2也可以表示為：e=mc2上式表示，隨著一個(gè)物體質(zhì)量的減少，會(huì)釋放出一定的能量，與此同時(shí)，另一個(gè)物體吸收了能量，質(zhì)量也會(huì)隨之增加。六、時(shí)空彎曲愛因斯坦的廣義相對(duì)論加速和引力是等效的