山东省2020-2021年高一物理下学期(鲁科版)必修2教案-第6章第1节-高速世界.docx

高速世界

教学要求
1 初步了解爱因斯坦相对论建立的背景，知道时间延缓，长度缩短，质速关系，质能关系和时空弯曲。能运用相对论学问解释简洁的现象。
2 了解经典物理学的局限，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。
3 初步生疏“猜想”，“假设”和“物理模型的构建”在科学争辩中的重要作用，培育大胆质疑的士气和批判意识。
教学重点
了解现代物理学的基础学问。
通过物理学史的训练挂念同学建立辩证唯物主义的时空观，同时让同学体会到：科学的进展永无止境；在科学争辩中要敢于质疑，不迷信权威，选择科学的争辩方法奇妙地解决问题。
教学难点
高速世界远离我们所生活的低速世界，不但难以用生活阅历来诠释，而且与生活阅历相背离，导致同学难以接受。
经典物理学的概念根深蒂固，导致同学对新理论难以理解。
高速试验难以演示，缺乏直观的试验和形象生动的实例使同学难以想象。
学情分析
同学已通过一年的物理学习基本建立经典力学的概念体系，牛顿经典时空观与认知世界的协调，以及牛顿力学对现实世界解释的巨大成功，使之对此深信不疑；况且老师在以往的教学中有意避开对牛顿力学成立的先验条件的阐述，因此同学对此缺乏生疏，高速世界与牛顿力学的冲突又远离他们的生活阅历，不能构成他们进一步求知的动力。
教学目的
1 学问与技能
知道世纪之交的晴朗的物理学天空上的两朵乌云，了解其主要内容以及由此所引起的物理学理论的进展与创新。
生疏经典力学的有用范围和局限性。知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。
初步了解相对论时空观中的基本观点，了解狭义相对论和广义相对论。知道相对论以人类生疏高速世界的影响。
2 过程与方法
经受科学家建立相对论的思维探究过程，生疏科学思维的意义，学习科学的思维方法，从中体验成功的乐趣。
了解物理学的争辩方法，生疏抱负试验，物理模型和数学工具在科学争辩中的重要作用，以及物理验证明验在物理学进展过程中的作用。
3 情感态度与价值观
领会到自然界的奇异与和谐，进展同学对科学的古怪   心与求知欲。
养成敢于发表自己观点，既坚持原则又敬重他人的良好习惯。培育有依据的怀疑精神和批判意识，敢于坚持真理，勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神以及推断大众传媒等有关信息是否科学的意识。
了解科学理论的相对性，知道科学理论进展过程的继承与扬弃。
体会科学，技术与社会之间的互动关系。

几点教学设计及目的
1 课件　标题：人类的宇宙图象　
内容：　屈原＜＜天问＞＞　、天似穹庐，笼盖四野（天圆地方）、亚里士多德＜＜论天＞＞中提到的地圆说及三个证据（月食，北极星的位置，先见船帆）、托勒密模型（地静中心圆周说）、哥白尼太阳静止中心圆周说、开普勒椭圆说、牛顿的无中心说……（有条件可接受FLASH作成动画，或用PPT也成）
目的：让同学感受到人类生疏自然过程的曲折性，每一个先进的理论往往都有他的时代的局限性，虽然它最终都被修正却无损于它的宏大。为接下来的学习做好心理预备。
2　“抛砖”
剪辑一小段有关“时间旅行”或“星际旅行”的科幻影视片断做成课件播放，调动同学爱好，然后老师提出一个以经典力学为基础的推导，通过速度合成达到超光速以进行时间或星际旅行的理论（此时老师最好是故作奇特，好像通过“严谨”的推导，作出重大的理论发觉似的。以期搞晕同学，逼出认知冲突。）
3　“引玉”
让同学评价“速度合成超光速”的可能性，这时同学中必定有人阅读过有关相对论的学问因而对此提出异议，此时可让他们发言，相互反对、质疑，形成一种吵闹的求知氛围。
4　“尺缩钟慢”的推导
依据司南版＜＜物理必修2＞＞本节课的时间延缓效应示意图，引导同学推导
（1）△t=△t′／(1-v2/c2)1/2、　　(2) L′=L(1-v2/c2)1/2 　
得出“尺慢钟缩”的结论。这部份的推导对于娴熟把握运动学学问的同学来说不算太难，让他们体验一下理论推理的乐趣，有助于提高同学的自信，生疏科学推论的过程。
5　想象小论文　
请发挥一下你的想象力，想象一下你在一个最高速度只有20公里的世界中旅行将会遇到什么好玩的事。
6 模拟演示
用编织网袋或有弹性的布料做一个平面，再取两个小钢球放在平面上，模拟演示质量使时空发生弯曲的现象。
教学流程
第一课时
1 课件演示　标题：人类的宇宙图象　
2 “抛砖”
3 “引玉”
4 老师叙述物理学史；
物理学大厦上空的两朵乌云、“迈克尔逊－莫雷试验”40年如一日反复得出的结果――光速不变、以太阴魂、牛顿力学的两个先验条件（确定时空观）。爱因斯坦通盘考虑了有关光的传播速度的试验结果和牛顿力学、麦克斯韦电磁场理论的根基，他得出结论，唯一的出路是革命，从根本上改造经典物理学，抛弃以太，抛弃确定时间和确定空间，在新的时间、空间概念的基础上，建立全新的物理学体系――相对论。爱因斯坦的两个基本假设（狭义相对论）、由相对论引发的两个有名佯谬“尺缩钟慢”
5　“尺缩钟慢”的推导
6　作业：想象小论文　，收集有关相对论的资料。
第一课时结束。
其次课时
1 同学朗诵＜＜想象小论文＞＞，争辩是否符合相对论原理。
2 辅导自学“质速关系”“质能关系”
3 讲解爱因斯坦升降机抱负试验并得出加速运动和引力作用都导致了轨迹弯曲的结果。由此总结出“等效原理”； 预言光线弯曲并得到证明；将光线弯曲等效于时空弯曲来解释引力场的效应、提出广义相对论引力场方程。
4 模拟演示“时空弯曲的引力效应”
5 相对论的几个预言及被证明的过程（由同学叙述，老师补充）
6 介绍爱因斯坦的生平及一生的宏大贡献（由同学叙述，老师补充）
7 作业；试解释“山中方七日，世上已千年”
对相对论有爱好的同学可课外阅读＜＜时间简史＞＞＜＜时间简史续编＞＞＜＜时空本性＞＞＜＜相对论演义＞＞＜＜奇异的量子世界＞＞等书
有关相对论的一此资料：
1　公元1054年发生过一起格外有名的超新星爆发大事，若光速能叠加则在几十年后都能看到这颗超新星爆发时所发出的光，而实际状况却像我国宋史上所记载的那样“岁余稍没”，此事间接证明白光速不变原理。　　
2　激发氢原子的试验以及对宇宙线的争辩过程都证明白时间膨胀说。
3　广义相对论解释了水星近日点的进动问题，证明它是来源于实践的科学理论。
4　广义相对论预言了光谱线的引力红移，并得到证明。
5　英国的日全蚀观测队证明白星光在近太阳时弯曲。
6　广义相对论解释了“爱因斯坦十字星座”现象
本文只是给出一个授课过程的框架性建议，以及一此参考资料，本课内容多，处理也机敏，信任每个老师都有自己的特点及学情，不应受到束缚。这里只是抛砖引玉而已。