【備課參考】山東省2020-2021年高一物理下學(xué)期(魯科版)必修2教案-第6章第1節(jié)-高速世界

高速世界教學(xué)要求初步了解愛因斯坦相對(duì)論建立的背景，知道時(shí)間延緩，長(zhǎng)度縮短，質(zhì)速關(guān)系，質(zhì)能關(guān)系和時(shí)空彎曲。能運(yùn)用相對(duì)論學(xué)問解釋簡(jiǎn)潔的現(xiàn)象。了解經(jīng)典物理學(xué)的局限，知道經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀之間的關(guān)系。初步生疏“猜想”，“假設(shè)”和“物理模型的構(gòu)建”在科學(xué)爭(zhēng)辯中的重要作用，培育大膽質(zhì)疑的士氣和批判意識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)了解現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)問。通過物理學(xué)史的訓(xùn)練掛念同學(xué)建立辯證唯物主義的時(shí)空觀，同時(shí)讓同學(xué)體會(huì)到：科學(xué)的進(jìn)展永無(wú)止境；在科學(xué)爭(zhēng)辯中要敢于質(zhì)疑，不迷信權(quán)威，選擇科學(xué)的爭(zhēng)辯方法奇妙地解決問題。教學(xué)難點(diǎn)高速世界遠(yuǎn)離我們所生活的低速世界，不但難以用生活閱歷來(lái)詮釋，而且與生活閱歷相背離，導(dǎo)致同學(xué)難以接受。經(jīng)典物理學(xué)的概念根深蒂固，導(dǎo)致同學(xué)對(duì)新理論難以理解。高速試驗(yàn)難以演示，缺乏直觀的試驗(yàn)和形象生動(dòng)的實(shí)例使同學(xué)難以想象。學(xué)情分析同學(xué)已通過一年的物理學(xué)習(xí)基本建立經(jīng)典力學(xué)的概念體系，牛頓經(jīng)典時(shí)空觀與認(rèn)知世界的協(xié)調(diào)，以及牛頓力學(xué)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界解釋的巨大成功，使之對(duì)此深信不疑；況且老師在以往的教學(xué)中有意避開對(duì)牛頓力學(xué)成立的先驗(yàn)條件的闡述，因此同學(xué)對(duì)此缺乏生疏，高速世界與牛頓力學(xué)的沖突又遠(yuǎn)離他們的生活閱歷，不能構(gòu)成他們進(jìn)一步求知的動(dòng)力。教學(xué)目的學(xué)問與技能知道世紀(jì)之交的晴朗的物理學(xué)天空上的兩朵烏云，了解其主要內(nèi)容以及由此所引起的物理學(xué)理論的進(jìn)展與創(chuàng)新。生疏經(jīng)典力學(xué)的有用范圍和局限性。知道經(jīng)典時(shí)空觀與相對(duì)論時(shí)空觀之間的關(guān)系。初步了解相對(duì)論時(shí)空觀中的基本觀點(diǎn)，了解狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。知道相對(duì)論以人類生疏高速世界的影響。過程與方法經(jīng)受科學(xué)家建立相對(duì)論的思維探究過程，生疏科學(xué)思維的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，從中體驗(yàn)成功的樂趣。了解物理學(xué)的爭(zhēng)辯方法，生疏抱負(fù)試驗(yàn)，物理模型和數(shù)學(xué)工具在科學(xué)爭(zhēng)辯中的重要作用，以及物理驗(yàn)證明驗(yàn)在物理學(xué)進(jìn)展過程中的作用。情感態(tài)度與價(jià)值觀領(lǐng)會(huì)到自然界的奇異與和諧，進(jìn)展同學(xué)對(duì)科學(xué)的古怪???心與求知欲。養(yǎng)成敢于發(fā)表自己觀點(diǎn)，既堅(jiān)持原則又敬重他人的良好習(xí)慣。培育有依據(jù)的懷疑精神和批判意識(shí)，敢于堅(jiān)持真理，勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神以及推斷大眾傳媒等有關(guān)信息是否科學(xué)的意識(shí)。了解科學(xué)理論的相對(duì)性，知道科學(xué)理論進(jìn)展過程的繼承與揚(yáng)棄。體會(huì)科學(xué)，技術(shù)與社會(huì)之間的互動(dòng)關(guān)系。幾點(diǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)及目的課件標(biāo)題：人類的宇宙圖象內(nèi)容：屈原＜＜天問＞＞、天似穹廬，籠蓋四野（天圓地方）、亞里士多德＜＜論天＞＞中提到的地圓說及三個(gè)證據(jù)（月食，北極星的位置，先見船帆）、托勒密模型（地靜中心圓周說）、哥白尼太陽(yáng)靜止中心圓周說、開普勒橢圓說、牛頓的無(wú)中心說……（有條件可接受FLASH作成動(dòng)畫，或用PPT也成）目的：讓同學(xué)感受到人類生疏自然過程的曲折性，每一個(gè)先進(jìn)的理論往往都有他的時(shí)代的局限性，雖然它最終都被修正卻無(wú)損于它的宏大。為接下來(lái)的學(xué)習(xí)做好心理預(yù)備。2“拋磚”剪輯一小段有關(guān)“時(shí)間旅行”或“星際旅行”的科幻影視片斷做成課件播放，調(diào)動(dòng)同學(xué)愛好，然后老師提出一個(gè)以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)的推導(dǎo)，通過速度合成達(dá)到超光速以進(jìn)行時(shí)間或星際旅行的理論（此時(shí)老師最好是故作奇特，好像通過“嚴(yán)謹(jǐn)”的推導(dǎo)，作出重大的理論發(fā)覺似的。以期搞暈同學(xué)，逼出認(rèn)知沖突。）3“引玉”讓同學(xué)評(píng)價(jià)“速度合成超光速”的可能性，這時(shí)同學(xué)中必定有人閱讀過有關(guān)相對(duì)論的學(xué)問因而對(duì)此提出異議，此時(shí)可讓他們發(fā)言，相互反對(duì)、質(zhì)疑，形成一種吵鬧的求知氛圍。4“尺縮鐘慢”的推導(dǎo)依據(jù)司南版＜＜物理必修2＞＞本節(jié)課的時(shí)間延緩效應(yīng)示意圖，引導(dǎo)同學(xué)推導(dǎo)（1）△t=△t′／(1-v2/c2)1/2、(2)L′=L(1-v2/c2)1/2得出“尺慢鐘縮”的結(jié)論。這部份的推導(dǎo)對(duì)于嫻熟把握運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)問的同學(xué)來(lái)說不算太難，讓他們體驗(yàn)一下理論推理的樂趣，有助于提高同學(xué)的自信，生疏科學(xué)推論的過程。5想象小論文請(qǐng)發(fā)揮一下你的想象力，想象一下你在一個(gè)最高速度只有20公里的世界中旅行將會(huì)遇到什么好玩的事。模擬演示用編織網(wǎng)袋或有彈性的布料做一個(gè)平面，再取兩個(gè)小鋼球放在平面上，模擬演示質(zhì)量使時(shí)空發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。教學(xué)流程第一課時(shí)課件演示標(biāo)題：人類的宇宙圖象“拋磚”“引玉”老師敘述物理學(xué)史；物理學(xué)大廈上空的兩朵烏云、“邁克爾遜－莫雷試驗(yàn)”40年如一日反復(fù)得出的結(jié)果――光速不變、以太陰魂、牛頓力學(xué)的兩個(gè)先驗(yàn)條件（確定時(shí)空觀）。愛因斯坦通盤考慮了有關(guān)光的傳播速度的試驗(yàn)結(jié)果和牛頓力學(xué)、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的根基，他得出結(jié)論，唯一的出路是革命，從根本上改造經(jīng)典物理學(xué)，拋棄以太，拋棄確定時(shí)間和確定空間，在新的時(shí)間、空間概念的基礎(chǔ)上，建立全新的物理學(xué)體系――相對(duì)論。愛因斯坦的兩個(gè)基本假設(shè)（狹義相對(duì)論）、由相對(duì)論引發(fā)的兩個(gè)有名佯謬“尺縮鐘慢”5“尺縮鐘慢”的推導(dǎo)6作業(yè)：想象小論文，收集有關(guān)相對(duì)論的資料。第一課時(shí)結(jié)束。其次課時(shí)同學(xué)朗誦＜＜想象小論文＞＞，爭(zhēng)辯是否符合相對(duì)論原理。輔導(dǎo)自學(xué)“質(zhì)速關(guān)系”“質(zhì)能關(guān)系”講解愛因斯坦升降機(jī)抱負(fù)試驗(yàn)并得出加速運(yùn)動(dòng)和引力作用都導(dǎo)致了軌跡彎曲的結(jié)果。由此總結(jié)出“等效原理”；預(yù)言光線彎曲并得到證明；將光線彎曲等效于時(shí)空彎曲來(lái)解釋引力場(chǎng)的效應(yīng)、提出廣義相對(duì)論引力場(chǎng)方程。模擬演示“時(shí)空彎曲的引力效應(yīng)”相對(duì)論的幾個(gè)預(yù)言及被證明的過程（由同學(xué)敘述，老師補(bǔ)充）介紹愛因斯坦的生平及一生的宏大貢獻(xiàn)（由同學(xué)敘述，老師補(bǔ)充）作業(yè)；試解釋“山中方七日，世上已千年”對(duì)相對(duì)論有愛好的同學(xué)可課外閱讀＜＜時(shí)間簡(jiǎn)史＞＞＜＜時(shí)間簡(jiǎn)史續(xù)編＞＞＜＜時(shí)空本性＞＞＜＜相對(duì)論演義＞＞＜＜奇異的量子世界＞＞等書有關(guān)相對(duì)論的一此資料：1公元1054年發(fā)生過一起格外有名的超新星爆發(fā)大事，若光速能疊加則在幾十年后都能看到這顆超新星爆發(fā)時(shí)所發(fā)出的光，而實(shí)際狀況卻像我國(guó)宋史上所記載的那樣“歲余稍沒”，此事間接證明白光速不變?cè)怼?激發(fā)氫原子的試驗(yàn)以及對(duì)宇宙線的爭(zhēng)辯過程都證明白時(shí)間膨脹說。3廣義相對(duì)論解釋了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)問題，證明它是來(lái)源于實(shí)踐的科學(xué)理論。4廣義相對(duì)論預(yù)言了光譜線的引力