相對(duì)論教學(xué)設(shè)計(jì) (2)

1、時(shí)間和空間的相對(duì)性(第一課時(shí))教材分析:本節(jié)課是選修3-4相對(duì)論簡(jiǎn)介的第二節(jié)，該小節(jié)分兩課時(shí)進(jìn)行教學(xué)，第一課時(shí)向?qū)W生介紹狹義相對(duì)論關(guān)于時(shí)空相對(duì)性的主要結(jié)論，第二課時(shí)介紹時(shí)空相對(duì)性的驗(yàn)證和相對(duì)論的時(shí)空觀。教科書以少數(shù)不深?yuàn)W、不難懂的原理，通過(guò)可信的邏輯、演繹推理得到如此簡(jiǎn)潔、和諧的幾個(gè)重要結(jié)論，并被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)所證實(shí)。下面針對(duì)第一課時(shí)設(shè)計(jì)內(nèi)容學(xué)生分析: 相對(duì)論的基本概念建立在四維時(shí)空基礎(chǔ)上，對(duì)一般中學(xué)生很難理解。學(xué)生是否學(xué)過(guò)狹義相對(duì)論對(duì)于以后的日常生活沒(méi)有影響，甚至大多數(shù)技術(shù)工作也沒(méi)有關(guān)系。這節(jié)課的目的是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)方法、科學(xué)意義的認(rèn)識(shí)。科學(xué)猜想或者說(shuō)非邏輯的思維在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程中，甚至在認(rèn)識(shí)日常

2、生活的事物中都起著決定性的作用。面對(duì)一個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)邏輯推理，作出合理的假設(shè)，這才是物理的思維方式，學(xué)生要學(xué)習(xí)把握創(chuàng)新的思維方法。另外，學(xué)生缺少較多的高等數(shù)學(xué)知識(shí)，許多結(jié)論都要直接給出。設(shè)計(jì)思想:相對(duì)論關(guān)于時(shí)空的幾個(gè)結(jié)論，和日常經(jīng)驗(yàn)有很大差別，每個(gè)結(jié)論要根據(jù)場(chǎng)景設(shè)計(jì)不同的角度、方向反復(fù)體會(huì)。教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1理解“同時(shí)”的相對(duì)性。2通過(guò)推理，知道時(shí)間間隔的相對(duì)性和長(zhǎng)度的相對(duì)性。（二）過(guò)程與方法1通過(guò)時(shí)間間隔相對(duì)性和長(zhǎng)度相對(duì)性的推導(dǎo)，培養(yǎng)邏輯推理能力。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀培養(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。教學(xué)重點(diǎn)同時(shí)的相對(duì)性，長(zhǎng)度的相對(duì)性，時(shí)間間隔的相對(duì)性。教學(xué)難點(diǎn)長(zhǎng)

3、度相對(duì)性的思想論證教學(xué)方法在教師的引導(dǎo)下，通過(guò)對(duì)具體實(shí)例的分析，建立模型、形成結(jié)論、形成理論，并在應(yīng)用中加以鞏固。教學(xué)用具：投影儀及投影片。教學(xué)過(guò)程（一） 引入新課師：愛(ài)因斯坦建立了相對(duì)論，相對(duì)論描述的時(shí)間和我們的日常經(jīng)驗(yàn)有很大的差別，這節(jié)課讓我們一起來(lái)體會(huì)。首先讓我們牢牢記住相對(duì)論的兩條基本假設(shè)（引導(dǎo)學(xué)生回憶起來(lái)，并加深印象）生（一起回答）：在不同慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的；真空中的光速在不同慣性系中都是相同的。師:我們以兩條基本假設(shè)為前提，對(duì)一些簡(jiǎn)單現(xiàn)象的分析和邏輯推理，會(huì)得到一系列重要的驚人結(jié)論，并且它們都與事實(shí)很好地相符合。（二）進(jìn)行新課1“同時(shí)”的相對(duì)性師: 車廂長(zhǎng)為L(zhǎng)，正

4、以速度v勻速向右運(yùn)動(dòng)，車廂底面光滑，現(xiàn)有兩只完全相同的小球，從車廂中點(diǎn)以相同的速率v0分別向前后勻速運(yùn)動(dòng)，（相對(duì)于車廂），投影圖片和關(guān)鍵詞（用日常經(jīng)驗(yàn)判斷）師(問(wèn))：（1）在車廂內(nèi)的觀察者看來(lái)，小球是否同時(shí)到達(dá)兩壁？生（一起回答）:是（2）在地上的觀察者看來(lái)兩球是否同時(shí)到達(dá)兩壁？生（不假思索，理所當(dāng)然）:是師:請(qǐng)同學(xué)們跟著老師的表述去體驗(yàn)另一番場(chǎng)景。一列愛(ài)因斯坦火車沿著平直軌道向右勻速行駛，車廂的中點(diǎn)有一光源發(fā)出一閃光（投影情景）師（問(wèn)）:在車上的觀察者看來(lái)，閃光是否同時(shí)到達(dá)前后壁?生（一起回答）:是師（追問(wèn)）：在地上的觀察者看來(lái)，閃光是否同時(shí)到達(dá)前后壁?生（遲疑）?師:請(qǐng)同學(xué)們?cè)诤献餍〗M內(nèi)交

5、換一下自己的想法生（小組討論進(jìn)行）師：請(qǐng)一位同學(xué)說(shuō)一下自己的想法（指定某生）該生：地面也是一個(gè)慣性參考系，根據(jù)光速不變?cè)恚庀鄬?duì)地面向前、向后傳播的速度是一樣的，而光在傳播的過(guò)程中，火車向前移動(dòng)了一段距離，因而向前傳播的光通過(guò)的路程要長(zhǎng)一些，到達(dá)的時(shí)刻也要晚一些，向左傳播的先到。師：說(shuō)得很好。（播放動(dòng)畫）（追問(wèn)）:火車向左運(yùn)動(dòng)呢？生（一起回答）：向右傳播的先到師: 看來(lái)，在兩個(gè)基本假設(shè)的前提下，得到“同時(shí)”是相對(duì)的，是自然而然的一個(gè)結(jié)論，我們還可以初步形成一個(gè)經(jīng)驗(yàn): 對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于地面就不是同時(shí)的 經(jīng)驗(yàn)：沿著運(yùn)動(dòng)方向位置靠后的先發(fā)生師:我們換個(gè)角度再來(lái)體會(huì)同時(shí)的相對(duì)

6、性，請(qǐng)大家看課本P99的思考與討論（學(xué)生先獨(dú)立思考，1分鐘后小組討論交換意見(jiàn)）（投影情景）生：（交換意見(jiàn)進(jìn)行）師: *同學(xué)，你的看法是?該生：A 先發(fā)生（其他同學(xué)露出意見(jiàn)相同的神態(tài)）師( 追問(wèn))：火車向右行駛呢?（投影情景）生（一起回答）：B先發(fā)生師:我們還可以形成另一經(jīng)驗(yàn)：地面上同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的火車也不是同時(shí)的 經(jīng)驗(yàn)：沿著運(yùn)動(dòng)方向位置靠前的先發(fā)生師：讓我們暫時(shí)記住這些結(jié)論，討論后面的問(wèn)題會(huì)方便些（投影兩條經(jīng)驗(yàn)）2長(zhǎng)度的相對(duì)性師: 剛才我們體會(huì)了同時(shí)的相對(duì)性，下面我們來(lái)體會(huì)空間長(zhǎng)度的情景師（問(wèn)）:一根桿，我把它貼著坐標(biāo)尺，想要知道它的長(zhǎng)度，大家看一下是多少？（投影情景）生（一起回

7、答）:1.20米師（追問(wèn)）：怎么得到？生：9.20-8.00師：也就是說(shuō)，用“N”的坐標(biāo)值減去“M”的坐標(biāo)值。若桿正在向右勻速運(yùn)動(dòng)，下一時(shí)刻，“M”、“N”的坐標(biāo)值發(fā)生了變化，怎么辦？（投影情景）生：9.20-8.00或9.70-8.50師：N的坐標(biāo)值減去M的坐標(biāo)值或“N”的坐標(biāo)值減去“M”的坐標(biāo)值師(追問(wèn))：如果有人用“N”的坐標(biāo)值減去M的坐標(biāo)值得到1.70又或者N的坐標(biāo)值減去“M”的坐標(biāo)值得到0.70，你們會(huì)如何評(píng)判他們？生（大笑）：兩個(gè)坐標(biāo)值不是同一時(shí)刻的讀數(shù)師：可在相對(duì)論的理論中，同時(shí)是相對(duì)的呀，我們來(lái)看這樣一個(gè)情景：一列火車向右高速行駛，一根靜止長(zhǎng)度為l0的桿沿著車廂運(yùn)動(dòng)的方向固定，

8、車上的觀察者和地上的觀察者都想知道它的長(zhǎng)度，他們?cè)撛趺崔k？（投影情景）生（議論紛紛）師（點(diǎn)撥）：車上的人用固定在車上的坐標(biāo)尺同時(shí)讀出桿兩端的坐標(biāo)值，地上的人用地上的坐標(biāo)尺同時(shí)讀出桿兩端的坐標(biāo)值。生（繼續(xù)思考）師（問(wèn)）：車上的人相對(duì)于桿是靜止的，他測(cè)出的結(jié)果應(yīng)該就是l0，若地上的人測(cè)出的結(jié)果是l,l0和l 的數(shù)值是否相等？車上的人是如何評(píng)判地上的觀測(cè)者的行為的？請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位進(jìn)行討論?生（討論進(jìn)行中） 師:請(qǐng)*同學(xué)匯報(bào)一下你們小組討論結(jié)果（基礎(chǔ)較好，思維較活躍的同學(xué)）該生:車上的人認(rèn)為地面上的人并沒(méi)有同時(shí)測(cè)出桿兩端的坐標(biāo)值，地面上同時(shí)發(fā)生的兩件事，在火車上的人看來(lái)沿運(yùn)動(dòng)方向靠前的先發(fā)生，火

9、車上的人認(rèn)為地面上的觀測(cè)者先讀到了N的讀數(shù)，等到讀M時(shí)，桿已向前運(yùn)動(dòng)了一段距離，因而l小于l0師:很好，我們換一個(gè)觀測(cè)的角度再來(lái)體會(huì)，若把這根桿放在地面上，兩位觀測(cè)者的結(jié)果又如何？小組繼續(xù)討論(投影情景)(學(xué)生們有了經(jīng)驗(yàn),討論熱烈了一些)大多數(shù)同學(xué)一起得到了結(jié)論：地面上的人觀測(cè)結(jié)果是l0,火車上的觀測(cè)結(jié)果l 比l0小一些，因?yàn)榈孛嫔系娜丝磥?lái)，火車上的人先讀到了M端讀數(shù)，等到讀N端時(shí)，坐標(biāo)尺已經(jīng)向前運(yùn)動(dòng)了一段距離。師：如果我們有兩把米尺，靜止長(zhǎng)度都是1米，一根放在地面，一根帶到高速運(yùn)行的飛船中，我們就有了幾個(gè)不同的觀測(cè)角度，（投影展示）師:地面上的觀測(cè)者看地面上的尺? 生（一起回答）：1米師：地

10、面上的觀測(cè)者看飛船上的尺？生（一起回答）：小于1米師：飛船上的觀測(cè)者看飛船上的尺？生（一起回答）：1米師：飛船上的觀測(cè)者看地面上的尺？生（一起回答）：小于1米師：嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)表明，與桿相對(duì)靜止的人認(rèn)為桿長(zhǎng)是l0,與桿以相對(duì)速度v運(yùn)動(dòng)的人認(rèn)為桿長(zhǎng)是l,二者之間存在如下關(guān)系（投影）師：這就是相對(duì)論中的“空間收縮效應(yīng)”，通俗地講就是:“動(dòng)尺變短”，這不是幻覺(jué)，一根相對(duì)觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)的桿，任何精確地測(cè)量都表明它要比靜止時(shí)短，不是看上去短了，他的確變短了。注意:長(zhǎng)度縮短效應(yīng)只發(fā)生在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上 ,如上例中的 X 軸方向上，在Y 軸方向上無(wú)長(zhǎng)度縮短效應(yīng)(投影情景)師（投影結(jié)論）：結(jié)論 一條沿自身長(zhǎng)度方向

11、運(yùn)動(dòng)的桿，其長(zhǎng)度總比桿靜止時(shí)的長(zhǎng)度小3時(shí)間間隔的相對(duì)性師:相對(duì)論理論中，還有一個(gè)關(guān)于時(shí)間間隔的有趣現(xiàn)象。根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，一擺鐘從一端擺到另一端，守候在旁的觀測(cè)者測(cè)得時(shí)間是1秒，乘著某交通工具從旁邊經(jīng)過(guò)的觀測(cè)者測(cè)得時(shí)間自然也是1秒，可相對(duì)論物理學(xué)家并不這么認(rèn)為，他們的觀點(diǎn)是:(播放動(dòng)畫)兩個(gè)完全相同的鐘，校準(zhǔn)好時(shí)間，一個(gè)留在站臺(tái)，一個(gè)放入高速運(yùn)行的火車上，站臺(tái)上的人覺(jué)得火車上的鐘變慢了，火車上的人也覺(jué)得站臺(tái)上的鐘變慢了。生：（好奇）師：我們也可以借助愛(ài)因斯坦火車進(jìn)行思想上的驗(yàn)證，在運(yùn)動(dòng)的車廂底部有一光源發(fā)出一閃光，閃光被天花板反射了回來(lái)，我們研究閃光從發(fā)出到反射回來(lái)的時(shí)間間隔。（播放情景）師：車上

12、的人看到閃光是兩條豎直線，而車廂外的人看到閃光是兩條斜線，由光速不變?cè)恚噹獾娜擞^測(cè)到時(shí)間間隔會(huì)長(zhǎng)一些。生（點(diǎn)頭表示認(rèn)同）師：（投影）數(shù)學(xué)計(jì)算表明對(duì)于車廂內(nèi)的人對(duì)于車廂外的人師：這就是相對(duì)論中的時(shí)間“膨脹效應(yīng)”，通俗地講就是“動(dòng)鐘變慢”。這一結(jié)論具有普遍意義，飛船上的鐘表走一格，宇航員看來(lái)是一秒鐘，地面上的人看來(lái)就大于一秒鐘。地面上的人看來(lái)，飛船上一切物理的、化學(xué)的、生命的進(jìn)程都變慢了，甚至人的動(dòng)作、新陳代謝也變慢了。師(投影圖片)：一對(duì)雙胞胎兄弟，哥哥乘著高速宇宙飛船去旅行，等哥哥回到地球時(shí)發(fā)現(xiàn)，哥哥反而比弟弟年輕。因?yàn)橛钪骘w船中一切進(jìn)程都變慢了。師總結(jié):本節(jié)課的主要內(nèi)容是狹義相對(duì)論的幾個(gè)推