《經(jīng)典時空觀》導(dǎo)學(xué)案

《經(jīng)典時空觀》導(dǎo)學(xué)案經(jīng)典時空觀導(dǎo)學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標1、理解經(jīng)典時空觀的基本概念，包括絕對時空的含義（重點）。2、能說出經(jīng)典時空觀下時間和空間測量的特點（重點）。3、對比經(jīng)典時空觀與日常生活經(jīng)驗中的時空概念，體會經(jīng)典時空觀在物理學(xué)發(fā)展中的意義（難點）。4、能夠運用經(jīng)典時空觀解釋一些簡單的物理現(xiàn)象，提高邏輯思維和物理知識的應(yīng)用能力。二、預(yù)學(xué)案（一）知識點一：經(jīng)典時空觀的基本概念1、絕對時空的概念在經(jīng)典時空觀里，時間和空間是相互獨立的，并且與物質(zhì)的運動狀態(tài)無關(guān)。也就是說，不管物體是靜止還是運動，不管物體運動的速度有多快，時間都按照自己的節(jié)奏均勻地流逝，這就像一個超級穩(wěn)定的時鐘，不會因為外界的任何情況而改變節(jié)奏，我們把這種時間叫做絕對時間，用大白話來說，就好像全世界的時間都是同一個標準時鐘在計時，這個時鐘不會因為你在跑步或者坐車就走得快或者慢。同樣，空間也是絕對的?？臻g就像一個巨大的、永遠不變的舞臺，不管物體在這個舞臺上怎么運動，這個舞臺的大小和形狀都不會改變。例如，我們在地球上測量一個桌子的長度是1米，不管這個桌子是放在靜止的房間里，還是放在一輛高速行駛的火車上，我們測量出來的長度都是1米。2、經(jīng)典時空觀下時間和空間測量的特點時間測量：在經(jīng)典時空觀中，時間的測量是絕對的。不同的觀察者，不管他們自己處于什么運動狀態(tài)，對同一事件發(fā)生的時間間隔的測量結(jié)果都是相同的。比如說，你在操場上跑步，你的朋友在旁邊看著，你們兩個人看同一場足球比賽，從開場到進球的這段時間，不管你是在跑步還是站著不動，你們兩個人感受到的這個時間間隔是一樣的?？臻g測量：空間測量也是絕對的。對于同一物體的長度，不同的觀察者，只要他們使用相同的測量工具和方法，不管他們自己的運動狀態(tài)如何，測量結(jié)果都是相同的。就像前面說的桌子的例子，不管是站在地球上靜止的人，還是在高速飛行的飛船上（當(dāng)然這里是在經(jīng)典時空觀假設(shè)下）的人，測量這個桌子的長度都會得到1米的結(jié)果。（二）知識點二：經(jīng)典時空觀在物理學(xué)發(fā)展中的意義1、在經(jīng)典物理學(xué)的發(fā)展過程中，經(jīng)典時空觀是非常重要的基礎(chǔ)。在牛頓力學(xué)體系里，經(jīng)典時空觀是基石。牛頓的運動定律都是建立在這種時空觀之上的。比如說，根據(jù)牛頓第二定律F＝ma，力、質(zhì)量和加速度之間的關(guān)系，就是在這種絕對時空的框架下成立的。在計算物體的運動軌跡、速度、加速度等問題時，都默認了時間和空間的這種絕對性質(zhì)。經(jīng)典時空觀也符合我們?nèi)粘Ｉ钪械拇蟛糠纸?jīng)驗。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，我們感覺不到高速運動對時間和空間的影響。例如，我們開車在公路上行駛，速度相對于光速來說非常慢，我們測量時間和空間的結(jié)果和我們靜止的時候沒有什么區(qū)別。這就使得經(jīng)典時空觀很容易被人們接受，并且在很長一段時間里，在物理學(xué)研究和工程應(yīng)用等方面都發(fā)揮了巨大的作用。三、探究案（一）探究一：經(jīng)典時空觀與日常生活經(jīng)驗1、問題提出我們在日常生活中有很多關(guān)于時間和空間的經(jīng)驗，比如我們從家走到學(xué)校，感覺時間過去了多久，路程有多長。那么這些日常生活中的經(jīng)驗和經(jīng)典時空觀有哪些聯(lián)系呢？2、小組討論大家分組討論一下，比如說我們坐公交車的時候，從一個車站到另一個車站，我們對時間和距離的感覺，是不是符合經(jīng)典時空觀的概念呢？在討論的時候，可以從時間測量和空間測量這兩個方面來思考。提示：可以想想如果公交車開得快一點或者慢一點，我們對到達下一站的時間感覺有什么不同？這個和經(jīng)典時空觀里的時間概念有沒有沖突？對于距離，不管公交車開得快慢，我們看到的車站之間的距離是不是不變的呢？3、小組匯報與總結(jié)每個小組派一個代表來匯報一下你們小組討論的結(jié)果。然后我們一起總結(jié)一下日常生活經(jīng)驗中哪些地方體現(xiàn)了經(jīng)典時空觀，有沒有一些地方看起來有點不符合經(jīng)典時空觀的，如果有，那是為什么呢？（二）探究二：經(jīng)典時空觀下的物理現(xiàn)象解釋1、問題示例有一個小球在光滑水平面上做勻速直線運動，在經(jīng)典時空觀下，不管是站在地面上靜止的觀察者，還是在一輛勻速直線運動的小車上的觀察者，他們對小球的運動速度、運動軌跡等的描述會是一樣的嗎？2、分析與解答首先，我們要明確在經(jīng)典時空觀下，時間和空間是絕對的。對于站在地面上的觀察者，他根據(jù)自己的時鐘和尺子來測量小球的運動速度v＝＼frac{＼Deltax}｛＼Deltat}，這里的＼Deltax是他測量的小球在一定時間＼Deltat內(nèi)移動的距離。對于在小車上的觀察者，他也有自己的時鐘和尺子。因為時間和空間是絕對的，他測量的時間間隔＼Deltat和地面上觀察者測量的是一樣的，他測量的小球在他這個參考系里移動的距離＼Deltax'（雖然這個距離和地面觀察者測量的可能不同，但是測量的方法和結(jié)果的準確性是一樣的，因為空間是絕對的），那么他計算出來的小球速度v'＝＼frac{＼Deltax'｝｛＼Deltat}。由于時間和空間的絕對性，這兩個觀察者對小球運動速度、運動軌跡等的描述在本質(zhì)上是一樣的，只是數(shù)值可能因為參考系的不同而有所不同，但這種不同是符合經(jīng)典力學(xué)的變換關(guān)系的。四、檢測案（一）選擇題1、在經(jīng)典時空觀下，以下說法正確的是（）A.運動的時鐘會變慢B.運動的尺子會縮短C.時間和空間與物質(zhì)的運動狀態(tài)無關(guān)D.以上說法都不對答案：C。在經(jīng)典時空觀里，時間和空間是絕對的，與物質(zhì)的運動狀態(tài)無關(guān)，A和B選項是相對論時空觀的內(nèi)容。（二）簡答題1、請簡要闡述經(jīng)典時空觀下時間測量的特點，并舉例說明。答案：在經(jīng)典時空觀下，時間測量是絕對的。不同的觀察者，不管他們自身處于什么運動狀態(tài)，對同一事件發(fā)生的時間間隔的測量結(jié)果都是相同的。例如，兩個人，一個站在路邊，一個坐在行駛的汽車里，看路邊的一個信號燈從紅變綠的時間間隔，他們測量的結(jié)果是一樣的。（三）應(yīng)用題1、一輛汽車以30m/s的速度在公路上行駛，一個騎自行車的人以5m/s的速度在旁邊的自行車道上同向行駛。在經(jīng)典時空觀下，汽車上的司機和路邊靜止的觀察者測量自行車在10秒內(nèi)移動的距離分別是多少？他們的測量結(jié)果有什么關(guān)系？答案：對于路邊靜止的觀察者：根據(jù)公式x＝vt，其中v＝5m/s，t＝10s，所以x＝5\times10＝50m。對于汽車上的司機，他相對于自行車的速度v'＝530=25m/s（因為是同向，相對速度相減），但是他測量的時間和路邊觀察者一樣也是t＝10s，根據(jù)公式x'＝v't，x'＝25\times10=250m（這里的負號表示方向，距離大小為250m）。他們測量結(jié)果的關(guān)系是：雖然數(shù)值上因為參考系不同而不同，但是測量的本質(zhì)是一樣的，都是根據(jù)絕對的時間和空間概念來測量的，并且在經(jīng)典時空觀