【核心素养】7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性-教学设计 (表格式)

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高一 学期 春季 课题 相对论时空观与牛顿力学的局限性 教学目标 1.物理观念：了解相对论-量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人们世界观的作用。 2.科学思维：经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意义。 3.科学探究：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。 4.科学态度与责任：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。 教学内容 教学重点： 1.了解经典力学的局限性 2.了解相对论时空观和牛顿力学时空观的区别 教学难点： 1.了解相对论、量子力学与经典力学的关系 2.了解时间延缓效应和长度收缩效应 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 我们先来看一个关于卫星导航的视频。为什么卫星的时间流逝和地面不同步呢，这与相对论又有什么关系？学完本节课相信你会有所发现。 观看卫星导航视频，了解定位需要四颗卫星，了解应用相对论能够修正时间 通过问题引发学生的思考从而引起学生学习的兴趣 讲授新课 我们先来看一个生活中的运动情境，按两下，火车的速度是180km/h，如果车上列车员以1m/s的速度沿车厢同向前进，相对于地面静止的观察者看到列车员的速度是多大？列车员相对于火车的速度加上火车相对于地面的速度就是列车员相对于地面的速度了，大小为51米每秒。 我们再来看一个烟花爆炸的情境，火球在空中爆炸后，多个小光球向四面八方运动，形成漂亮的球形烟花，火球爆炸的瞬间，观察者与爆炸点距离为ｄ，各小光球速度均为ｖ ，如果光速是遵循速度叠加规则的，那么哪个小光球发出的光最先被观察者看见？ 哪个小光球发出的光最后被观察者看见？请你导出时间差表达式。 假设光速遵循速度叠加规则，朝a方向运动的小光球发出的光到达观察者的时间为，d除以c与v的差值，朝b方向运动的小光球发出的光到达观察者的时间为，d除以c与v的之和，两束光到达观察者的时间差值为，2dv除以c方减去v方。根据这个结果，观察者能明显看到，先亮和后亮吗？显然v远小于c，很难观察到。要使时间差能够被人眼区分，d、v应该满足什么条件？很好，观察者距离爆炸点应该足够远，同时抛出的小光球的速度应该足够大。 师：宇宙中刚好有这么一个例子，约6500光年外的蟹状星云是超新星爆发形成的，爆发物质的运动速度大约是光速的两百分之一。如果光速遵循速度叠加规则，天文学家计算得到光到达地球的时间差应该为50年，但在实际的观测中没有发现这样的证据，中国宋朝的记载是23天。 师：通过两个情境的比较，大家有什么疑问吗？停顿三秒，为什么光速不遵循速度叠加规则？光速C本身是相对于哪个参考系的？ 早在19世纪，按1下，科学家们就发现了这个问题，光速c由麦克斯韦方程推导出，按1下，但是麦克斯韦方程并不满足伽利略变换。部分科学家认为光速是相对于以太（某种绝对静止参考系）的速度，但是迈克耳孙—莫雷实验并没有找到以太，反而发现光速在不同参考系中都是不变的。 师：在实验事实面前，许多物理学家仍然立足在牛顿力学时空观的基础上，想通过一些理论上的修补工作，解释实验现象。以爱因斯坦和庞加莱，为代表的另一批物理学家，坚决主张彻底放弃某些与实验事实不相符的观念，在实验事实的基础上，大胆提出，能够更好地解释实验现象的假设。 师：我们一起来看看这样一个思维实验，如果你身处一列看不见外界的车厢中，你能否通过身体的前倾和后仰判断火车是静止还是匀速运动呢？不管火车是静止还是匀速运动，甚至无论匀速运动的速度是100码还是200码，你的身体都能保持 ... ...