【備課參考】山東省2020-2021年高一物理下學期(魯科版)必修2教案-第6章第1節(jié)-高速世界

高速世界教學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，質速關系，質能關系和時空彎曲。能運用相對論學問解釋簡潔的現象。了解經典物理學的局限，知道經典時空觀與相對論時空觀之間的關系。初步生疏“猜想”，“假設”和“物理模型的構建”在科學爭辯中的重要作用，培育大膽質疑的士氣和批判意識。教學重點了解現代物理學的基礎學問。通過物理學史的訓練掛念同學建立辯證唯物主義的時空觀，同時讓同學體會到：科學的進展永無止境；在科學爭辯中要敢于質疑，不迷信權威，選擇科學的爭辯方法奇妙地解決問題。教學難點高速世界遠離我們所生活的低速世界，不但難以用生活閱歷來詮釋，而且與生活閱歷相背離，導致同學難以接受。經典物理學的概念根深蒂固，導致同學對新理論難以理解。高速試驗難以演示，缺乏直觀的試驗和形象生動的實例使同學難以想象。學情分析同學已通過一年的物理學習基本建立經典力學的概念體系，牛頓經典時空觀與認知世界的協(xié)調，以及牛頓力學對現實世界解釋的巨大成功，使之對此深信不疑；況且老師在以往的教學中有意避開對牛頓力學成立的先驗條件的闡述，因此同學對此缺乏生疏，高速世界與牛頓力學的沖突又遠離他們的生活閱歷，不能構成他們進一步求知的動力。教學目的學問與技能知道世紀之交的晴朗的物理學天空上的兩朵烏云，了解其主要內容以及由此所引起的物理學理論的進展與創(chuàng)新。生疏經典力學的有用范圍和局限性。知道經典時空觀與相對論時空觀之間的關系。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。知道相對論以人類生疏高速世界的影響。過程與方法經受科學家建立相對論的思維探究過程，生疏科學思維的意義，學習科學的思維方法，從中體驗成功的樂趣。了解物理學的爭辯方法，生疏抱負試驗，物理模型和數學工具在科學爭辯中的重要作用，以及物理驗證明驗在物理學進展過程中的作用。情感態(tài)度與價值觀領會到自然界的奇異與和諧，進展同學對科學的古怪???心與求知欲。養(yǎng)成敢于發(fā)表自己觀點，既堅持原則又敬重他人的良好習慣。培育有依據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態(tài)度和科學精神以及推斷大眾傳媒等有關信息是否科學的意識。了解科學理論的相對性，知道科學理論進展過程的繼承與揚棄。體會科學，技術與社會之間的互動關系。幾點教學設計及目的課件標題：人類的宇宙圖象內容：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（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……（有條件可接受FLASH作成動畫，或用PPT也成）目的：讓同學感受到人類生疏自然過程的曲折性，每一個先進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宏大。為接下來的學習做好心理預備。2“拋磚”剪輯一小段有關“時間旅行”或“星際旅行”的科幻影視片斷做成課件播放，調動同學愛好，然后老師提出一個以經典力學為基礎的推導，通過速度合成達到超光速以進行時間或星際旅行的理論（此時老師最好是故作奇特，好像通過“嚴謹”的推導，作出重大的理論發(fā)覺似的。以期搞暈同學，逼出認知沖突。）3“引玉”讓同學評價“速度合成超光速”的可能性，這時同學中必定有人閱讀過有關相對論的學問因而對此提出異議，此時可讓他們發(fā)言，相互反對、質疑，形成一種吵鬧的求知氛圍。4“尺縮鐘慢”的推導依據司南版＜＜物理必修2＞＞本節(jié)課的時間延緩效應示意圖，引導同學推導（1）△t=△t′／(1-v2/c2)1/2、(2)L′=L(1-v2/c2)1/2得出“尺慢鐘縮”的結論。這部份的推導對于嫻熟把握運動學學問的同學來說不算太難，讓他們體驗一下理論推理的樂趣，有助于提高同學的自信，生疏科學推論的過程。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遇到什么好玩的事。模擬演示用編織網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，模擬演示質量使時空發(fā)生彎曲的現象。教學流程第一課時課件演示標題：人類的宇宙圖象“拋磚”“引玉”老師敘述物理學史；物理學大廈上空的兩朵烏云、“邁克爾遜－莫雷試驗”40年如一日反復得出的結果――光速不變、以太陰魂、牛頓力學的兩個先驗條件（確定時空觀）。愛因斯坦通盤考慮了有關光的傳播速度的試驗結果和牛頓力學、麥克斯韋電磁場理論的根基，他得出結論，唯一的出路是革命，從根本上改造經典物理學，拋棄以太，拋棄確定時間和確定空間，在新的時間、空間概念的基礎上，建立全新的物理學體系――相對論。愛因斯坦的兩個基本假設（狹義相對論）、由相對論引發(fā)的兩個有名佯謬“尺縮鐘慢”5“尺縮鐘慢”的推導6作業(yè)：想象小論文，收集有關相對論的資料。第一課時結束。其次課時同學朗誦＜＜想象小論文＞＞，爭辯是否符合相對論原理。輔導自學“質速關系”“質能關系”講解愛因斯坦升降機抱負試驗并得出加速運動和引力作用都導致了軌跡彎曲的結果。由此總結出“等效原理”；預言光線彎曲并得到證明；將光線彎曲等效于時空彎曲來解釋引力場的效應、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”相對論的幾個預言及被證明的過程（由同學敘述，老師補充）介紹愛因斯坦的生平及一生的宏大貢獻（由同學敘述，老師補充）作業(yè)；試解釋“山中方七日，世上已千年”對相對論有愛好的同學可課外閱讀＜＜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＞＞等書有關相對論的一此資料：1公元1054年發(fā)生過一起格外有名的超新星爆發(fā)大事，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，而實際狀況卻像我國宋史上所記載的那樣“歲余稍沒”，此事間接證明白光速不變原理。2激發(fā)氫原子的試驗以及對宇宙線的爭辯過程都證明白時間膨脹說。3廣義相對論解釋了水星近日點的進動問題，證明它是來源于實踐的科學理論。4廣義相對論預言了光譜線的引力