《1 相對論的誕生》導(dǎo)學(xué)案

《1相對論的誕生》導(dǎo)學(xué)案班次：組號(hào)：姓名：【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知識(shí)與能力目標(biāo)：了解相對論誕生的背景、過程和基本原理；理解經(jīng)典相對性原理和狹義相對論的相對性原理之間的區(qū)別與聯(lián)系；能夠運(yùn)用相對論的基本概念解釋一些簡單的物理現(xiàn)象。過程與方法目標(biāo)：通過閱讀教材、小組討論、分析實(shí)例等方式，提高自主學(xué)習(xí)和合作探究的能力；學(xué)會(huì)用科學(xué)的思維方法去分析問題、解決問題，培養(yǎng)邏輯思維能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：感受愛因斯坦等科學(xué)家敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神；體會(huì)相對論對人類認(rèn)識(shí)世界的巨大影響，激發(fā)對科學(xué)探索的興趣?！緦W(xué)法指導(dǎo)】預(yù)習(xí)探究、小組合作、實(shí)例分析、總結(jié)歸納【重、難點(diǎn)】重點(diǎn)：1、理解經(jīng)典力學(xué)的相對性原理和狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)。2、掌握時(shí)間和空間的相對性概念。難點(diǎn)：1、對狹義相對論中“同時(shí)”的相對性、長度收縮和時(shí)間延緩等概念的理解。2、如何從經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀轉(zhuǎn)變到相對論的時(shí)空觀。【課前檢測】1、經(jīng)典力學(xué)的相對性原理是什么？2、列舉一些經(jīng)典力學(xué)能夠很好解釋的物理現(xiàn)象。3、你知道哪些現(xiàn)象是經(jīng)典力學(xué)無法解釋的嗎？【知識(shí)鏈接】一、經(jīng)典力學(xué)的輝煌成就在我們的日常生活中，經(jīng)典力學(xué)無處不在。就像我們玩彈珠的時(shí)候，根據(jù)經(jīng)典力學(xué)的原理，我們可以準(zhǔn)確地預(yù)測彈珠的運(yùn)動(dòng)軌跡。只要知道彈珠的初始速度、發(fā)射角度和受到的摩擦力等因素，就能算出它會(huì)在哪里停止或者撞擊到什么東西。這就是經(jīng)典力學(xué)的魅力，它在宏觀、低速的情況下非常準(zhǔn)確。比如建房子的時(shí)候，工程師們利用經(jīng)典力學(xué)來計(jì)算建筑物的結(jié)構(gòu)承重，確保房子不會(huì)塌掉。汽車工程師也是依據(jù)經(jīng)典力學(xué)原理設(shè)計(jì)汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)，讓汽車能夠安全穩(wěn)定地行駛在道路上。二、經(jīng)典力學(xué)的局限性然而，經(jīng)典力學(xué)也不是萬能的。我有一次看科幻電影的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很有趣的事情。電影里一艘宇宙飛船以接近光速的速度飛行，里面的宇航員時(shí)間過得好像比地球上的人慢很多。這就跟我們平時(shí)熟悉的經(jīng)典力學(xué)不一樣了。在經(jīng)典力學(xué)里，時(shí)間是絕對的，不管在哪里，時(shí)間的流逝速度都是一樣的。可是在這種高速的宇宙飛行場景下，經(jīng)典力學(xué)就無法解釋這種時(shí)間差異的現(xiàn)象了。這就說明經(jīng)典力學(xué)在高速運(yùn)動(dòng)和微觀領(lǐng)域是有局限性的?！緦W(xué)習(xí)過程】一、導(dǎo)入我給大家講個(gè)故事。有一天，我在看一本關(guān)于科學(xué)歷史的書，看到愛因斯坦提出相對論的時(shí)候，我就特別好奇。為什么他要提出這樣一個(gè)跟經(jīng)典力學(xué)不太一樣的理論呢？原來啊，隨著科學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了很多經(jīng)典力學(xué)解釋不了的現(xiàn)象。就像我前面說的科幻電影里的宇宙飛船高速飛行時(shí)的時(shí)間問題。那相對論到底是怎么誕生的呢？今天我們就一起來學(xué)習(xí)一下。二、點(diǎn)評學(xué)案完成情況老師檢查大家課前檢測的完成情況，看看大家對經(jīng)典力學(xué)的基本認(rèn)識(shí)有沒有到位。有問題的地方，老師會(huì)進(jìn)行簡單的講解。三、明確本堂課的任務(wù)目標(biāo)告訴大家這堂課我們要了解相對論誕生的來龍去脈，理解相對論的基本原理，還要學(xué)會(huì)用相對論的思維去解釋一些特殊的現(xiàn)象。四、閱讀教材，自主學(xué)習(xí)1、大家先仔細(xì)閱讀教材第十五章相對論簡介的第一節(jié)相對論的誕生。在閱讀的過程中，思考以下問題：-經(jīng)典力學(xué)在當(dāng)時(shí)面臨哪些挑戰(zhàn)？-愛因斯坦提出相對論的靈感來源可能有哪些？-狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)是什么？這兩個(gè)假設(shè)和經(jīng)典力學(xué)的相對性原理有什么不同？2、老師給大家一些閱讀提示：-注意教材里提到的實(shí)驗(yàn)例子，像邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對經(jīng)典力學(xué)產(chǎn)生了很大的沖擊，大家要思考為什么這個(gè)結(jié)果會(huì)引發(fā)科學(xué)家的思考。-對于愛因斯坦提出的相對性原理和光速不變原理，要試著用自己的話去解釋一下，看看能不能理解。五、小組討論1、把大家分成小組，每個(gè)小組討論剛剛閱讀教材時(shí)遇到的問題和思考的結(jié)果。-小組內(nèi)可以互相分享自己對經(jīng)典力學(xué)局限性的理解，比如說經(jīng)典力學(xué)在高速運(yùn)動(dòng)的粒子研究中遇到了什么問題。-討論狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)，有沒有什么特別難以理解的地方。如果有，大家一起想辦法解釋清楚。2、小組討論的時(shí)候，老師會(huì)在各個(gè)小組間走動(dòng)，聽聽大家的討論內(nèi)容，給大家提供一些啟發(fā)式的問題：-當(dāng)我們說光速不變的時(shí)候，這和我們平時(shí)理解的速度概念有什么沖突呢？-如果時(shí)間和空間是相對的，那我們怎么去衡量它們的相對性呢？-在經(jīng)典力學(xué)里，我們認(rèn)為不同參考系下的物理規(guī)律是一樣的，那在相對論里，這個(gè)觀點(diǎn)有什么變化嗎？六、小組展示1、每個(gè)小組派一個(gè)代表來展示小組討論的結(jié)果。-可以先說說小組對經(jīng)典力學(xué)局限性的總結(jié)，比如經(jīng)典力學(xué)在高速和微觀領(lǐng)域遇到的困難。-詳細(xì)解釋狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)，并且對比和經(jīng)典力學(xué)相對性原理的區(qū)別。-分享小組討論中關(guān)于如何理解相對論基本原理的好方法，特別是一些有趣的生活例子或者科幻情節(jié)的分析。2、其他小組可以進(jìn)行提問和補(bǔ)充。這樣可以讓每個(gè)小組的觀點(diǎn)得到充分的交流和完善。七、重點(diǎn)講解1、經(jīng)典力學(xué)的相對性原理-老師講解經(jīng)典力學(xué)的相對性原理的含義，就是在一個(gè)慣性參考系內(nèi)，力學(xué)規(guī)律都是一樣的。比如，在勻速行駛的火車上和在地面上做力學(xué)實(shí)驗(yàn)，只要不考慮火車的晃動(dòng)等小因素，得到的結(jié)果是一樣的。-舉例說明，在火車上扔一個(gè)小球，和在地面上扔一個(gè)小球，小球的運(yùn)動(dòng)軌跡在各自的參考系里都可以用經(jīng)典力學(xué)來解釋。2、狹義相對論的相對性原理和光速不變原理-相對性原理：在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的。這里強(qiáng)調(diào)的是所有物理規(guī)律，而不只是力學(xué)規(guī)律了。-光速不變原理：真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的，不管光源和觀察者的相對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何。這是一個(gè)很反直覺的概念。老師可以用一個(gè)簡單的例子來解釋，比如說有兩列高速相對行駛的火車，火車上都有一個(gè)光源，不管是哪列火車上的人測量光的速度，得到的結(jié)果都是一樣的，都是光速c（這里的c就是真空中的光速，大概是3×10?米/秒）。3、時(shí)間和空間的相對性-同時(shí)的相對性：老師舉一個(gè)例子，假設(shè)有一列很長的火車，火車中間有一個(gè)光源，向車頭和車尾同時(shí)發(fā)射光線。在火車上的人看，光線同時(shí)到達(dá)車頭和車尾。但是在地面上的人看，因?yàn)榛疖囋谙蚯靶旭?，車尾是迎著光線走，車頭是背著光線走，所以地面上的人會(huì)覺得光線先到達(dá)車尾，后到達(dá)車頭。這就說明“同時(shí)”這個(gè)概念是相對的，取決于觀察者所在的參考系。-長度收縮：當(dāng)一個(gè)物體相對于觀察者以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)方向上的長度變短了?？梢韵胂笠幌?，一根很長的尺子在高速飛行，我們在地面上看它就會(huì)覺得它比靜止的時(shí)候短了。-時(shí)間延緩：運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘會(huì)變慢。就像前面提到的科幻電影里宇宙飛船高速飛行時(shí)，飛船上的時(shí)鐘走得比地球上的時(shí)鐘慢。老師可以用公式Δt=Δt?/√(1-v2/c2)來定量地解釋這個(gè)現(xiàn)象，其中Δt是運(yùn)動(dòng)參考系中的時(shí)間間隔，Δt?是靜止參考系中的時(shí)間間隔，v是運(yùn)動(dòng)速度，c是光速。八、課堂練習(xí)1、選擇題-下列關(guān)于經(jīng)典力學(xué)相對性原理的說法正確的是（）A.只適用于力學(xué)現(xiàn)象B.適用于所有物理現(xiàn)象C.只適用于宏觀低速現(xiàn)象D.適用于微觀高速現(xiàn)象-根據(jù)狹義相對論的光速不變原理，下列說法正確的是（）A.光在真空中的速度與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)B.光在真空中的速度與觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)C.光在真空中的速度與光源和觀察者的相對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)D.以上說法都不對2、簡答題-簡述經(jīng)典力學(xué)的相對性原理和狹義相對論的相對性原理的區(qū)別。-解釋為什么高速運(yùn)動(dòng)的物體在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)發(fā)生長度收縮現(xiàn)象。九、課堂小結(jié)1、回顧這堂課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，包括經(jīng)典力學(xué)的局限性、相對論誕生的背景、狹義相對論的兩個(gè)基本假設(shè)以及時(shí)間和空間的相對性概念。2、強(qiáng)調(diào)相對論的提出是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果，它突破了經(jīng)典力學(xué)的局限，讓我們對世界的認(rèn)識(shí)更加深入。3、鼓勵(lì)大家在課后繼續(xù)思考相對論相關(guān)的問題，探索更多有趣的物理現(xiàn)象。十、作業(yè)1、完成教材上的課后練習(xí)題。2、找一篇關(guān)于相對論應(yīng)用的科普文章，閱讀后寫一篇讀后感，談?wù)勀銓ο鄬φ撛诂F(xiàn)代科技中的