教科版選修3《相對(duì)論的速度變換公式質(zhì)能關(guān)系》教學(xué)設(shè)計(jì)

教科版選修3《相對(duì)論的速度變換公式質(zhì)能關(guān)系》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教學(xué)目標(biāo)通過本節(jié)課，學(xué)生應(yīng)該能夠：理解相對(duì)論的速度變換公式，即洛倫茲變換；了解并掌握質(zhì)能關(guān)系的公式；能夠通過實(shí)例來解釋相對(duì)論的一些現(xiàn)象。二、教學(xué)內(nèi)容分析相對(duì)論是近現(xiàn)代物理學(xué)中非常重要的一個(gè)分支，它主要研究物體在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的特殊規(guī)律，是對(duì)牛頓力學(xué)的一次顛覆。在本章節(jié)，我們主要學(xué)習(xí)相對(duì)論的兩個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，即洛倫茲變換與能量-質(zhì)量關(guān)系。1.洛倫茲變換洛倫茲變換是描述相對(duì)論中時(shí)間和空間變換的數(shù)學(xué)方法。在經(jīng)典力學(xué)中，兩個(gè)不同的參考系觀察到相同的事件，時(shí)間和空間都是一樣的。但是，在相對(duì)論中，由于時(shí)間和空間是相對(duì)的，不同的參考系會(huì)觀察到不同的時(shí)間和空間，因此需要一種方法來描述這種相對(duì)性。這就是洛倫茲變換。具體而言，洛倫茲變換表明，當(dāng)兩個(gè)相對(duì)的參考系之間的相對(duì)速度不為0時(shí)，時(shí)間和空間可以按照一定的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。洛倫茲變換可以用下面的公式表示：$$\\begin{cases}t'=\\gamma(t-\\frac{v}{c^2}x)\\\\x'=\\gamma(x-vt)\\\\y'=y\\\\z'=z\\end{cases}$$其中，$\\gamma=\\frac{1}{\\sqrt{1-\\frac{v^2}{c^2}}}$，x，y，z，t為一參考系中的坐標(biāo)和時(shí)間，x′，y′，z′，t′為另一個(gè)參考系中的坐標(biāo)和時(shí)間，v2.能量-質(zhì)量關(guān)系研究物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)物體的質(zhì)量會(huì)發(fā)生變化，但是所增加的質(zhì)量并非由于物體內(nèi)部的東西增加造成的，而是由于物體儲(chǔ)存了能量。這就是著名的E=mc2公式，其中E為物體的能量，m為它的質(zhì)量，c為光速，2表示光速的平方。三、教學(xué)內(nèi)容與步驟1.教學(xué)內(nèi)容洛倫茲變換的概念及公式的推導(dǎo)洛倫茲變換的應(yīng)用（包括速度的變換、長(zhǎng)度的變換等）能量-質(zhì)量關(guān)系的概念及公式的推導(dǎo)2.教學(xué)步驟步驟一：引入相對(duì)論的概念介紹相對(duì)論的起源和作用，告訴學(xué)生相對(duì)論與經(jīng)典力學(xué)的不同、相對(duì)性原理和光速不變性原理，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入相對(duì)論的學(xué)習(xí)。步驟二：介紹洛倫茲變換介紹洛倫茲變換的基本概念、公式及其推導(dǎo)。教師在介紹過程中可以結(jié)合圖像和實(shí)例，讓學(xué)生對(duì)洛倫茲變換有更深刻的理解。步驟三：應(yīng)用洛倫茲變換在學(xué)生掌握洛倫茲變換的基礎(chǔ)上，可以引導(dǎo)學(xué)生用公式解決一些速度、長(zhǎng)度等的計(jì)算問題，并通過實(shí)例來說明。步驟四：引入質(zhì)能關(guān)系介紹E=mc2公式的概念及推導(dǎo)方法，由于質(zhì)能關(guān)系實(shí)在是相對(duì)論最具象征性的一部分，所以要講清楚。步驟五：應(yīng)用質(zhì)能關(guān)系在學(xué)生掌握E=mc2公式的基礎(chǔ)上，可以引導(dǎo)學(xué)生用公式來解決一些有關(guān)能量和質(zhì)量的計(jì)算問題，并通過實(shí)例來說明。四、教學(xué)方法為了達(dá)到預(yù)期的效果，我們采用了如下的教學(xué)方法：演示法：通過演示洛倫茲變換的過程來加深學(xué)生對(duì)該概念的理解?；?dòng)教學(xué)法：在教師講解的過程中適度引導(dǎo)學(xué)生發(fā)問或評(píng)論，促進(jìn)信息交流、思考和理解。討論式教學(xué)法：在講解質(zhì)能關(guān)系時(shí)，采取小組討論或組間對(duì)話形式，互相討論想法，并由教師起到指導(dǎo)和積極引導(dǎo)的作用。例題演練法：在教學(xué)進(jìn)程中針對(duì)洛倫茲變換和質(zhì)能關(guān)系的計(jì)算方法，在教師講解之后通過例題演練的方式加深學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解，以提高學(xué)生的運(yùn)用能力。五、教學(xué)評(píng)價(jià)1.教學(xué)工具與教材李政道、郭光燦、呂惠卿等編的《大學(xué)物理》，高等教育出版社，2000年。課件：《相對(duì)論的速度變換公式質(zhì)能關(guān)系》2.教學(xué)效果的評(píng)估主要通過學(xué)生的考試成績(jī)、教師的日常觀察、中、后評(píng)價(jià)和學(xué)生的反饋等多角度來進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，重點(diǎn)考察學(xué)生的運(yùn)用能力和分析能力。六、教學(xué)總結(jié)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該對(duì)相對(duì)論的概念及其理論基礎(chǔ)有了較深刻的理解，能夠掌握和應(yīng)用洛