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1、2022年高中物理 《牛頓眼中的世界》教案 魯科版選修3-4
一、知識(shí)與技能
⒈理解經(jīng)典的相對(duì)性原理以及光的傳播與經(jīng)典的速度合成法則之間的矛盾。
⒉理解狹義相對(duì)論的基本假設(shè)。
二、過程與方法
⒈通過學(xué)習(xí),提高分析物理現(xiàn)象與定理定律矛盾的能力。
三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀
⒈通過對(duì)本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí),認(rèn)識(shí)科學(xué)假設(shè)在科學(xué)發(fā)現(xiàn)上的重要作用,進(jìn)一步理解邏輯推理的力量。
四、教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn):狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)。
難點(diǎn):光速不變?cè)怼?
五、教學(xué)用具
課件
六、教學(xué)過程
㈠引入新課
請(qǐng)同學(xué)們回憶一下什么是慣性系?什么是非慣性系?舉例說明。
牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠成立的參考系叫慣性系
2、,勻速運(yùn)動(dòng)的汽車輪船等作為參考系就是慣性系。牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系稱為非慣性系。例如我們坐在加速的車廂里,以車廂為參考系觀察路邊的樹木房屋向后方加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,房屋樹木應(yīng)該受到不為零的合外力作用,但事實(shí)上沒有,也就是牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立.這里加速的車廂就是非慣性系。
很好,根據(jù)慣性系的概念,不難推出,相對(duì)于一個(gè)慣性系做勻速運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)參考系也是慣性系。
㈡進(jìn)行新課
⒈經(jīng)典的相對(duì)性原理
下面我們來研究一個(gè)簡(jiǎn)單的力學(xué)問題。(投影問題)
如圖,在列車車廂的光滑水平面上有一個(gè)質(zhì)量為m=0.5 kg的小球,正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進(jìn).現(xiàn)在給小球一個(gè)水平向前的F=5
3、N的拉力作用,求經(jīng)10 s時(shí),車廂里的觀察者和地面的觀察者看到小球的速度分別是多少?
學(xué)生分析:對(duì)車上的觀察者
物體初速度v0=0,加速度a=F/m=10 m/s2,10 s時(shí)速度v1=at=10 m/s
對(duì)地上的觀察者
方法一:物體初速度v0=20 m/s
加速度相同a=F/m=10 m/s2,10 s末速度v2=v0+at=30 m/s
方法二:根據(jù)速度合成法則
v2=v1+v0=(10+20) m/s=30 m/s
通過這個(gè)例子大家看到,在兩個(gè)慣性系中,雖然觀察到的結(jié)果并不相同,一個(gè)是10 m/s,另一個(gè)是30 m/s,但我們卻應(yīng)用了同樣的運(yùn)動(dòng)定律和速度合成法則,也就是說
4、,我們相信:力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。這就是伽利略相對(duì)性原理。在一個(gè)慣性參考系內(nèi)的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都無法判斷這個(gè)參考系是否相對(duì)于另一個(gè)參考系做勻速運(yùn)動(dòng)或者說任何參考系都是平權(quán)的。
(教師還可引導(dǎo)學(xué)生舉例說明相對(duì)性原理,并進(jìn)行討論)
⒉相對(duì)性原理與電磁規(guī)律
請(qǐng)大家看課本圖,考慮幾個(gè)問題:
⑴參考系O′相對(duì)于參考系O靜止時(shí),人看到的光速應(yīng)是多少?
⑵參考系O′相對(duì)于參考系O以速度v向右運(yùn)動(dòng),人看到的光速應(yīng)是多少?
⑶參考系O′相對(duì)于參考系O以速度v向左運(yùn)動(dòng),人看到的光速又是多少?
第一種情況人看到的光速應(yīng)是c,第二種情況應(yīng)是c+v,第三種情況應(yīng)是c-v。
說說你們判斷依據(jù)。根據(jù)
5、速度合成的法則。
大家認(rèn)為對(duì)嗎?(學(xué)生一致認(rèn)為正確)
如果這個(gè)法則有問題呢?(學(xué)生沉默)
實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn),我們是不是可以通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)?zāi)??回答是肯定的,這就是著名的麥克爾遜測(cè)定光速的實(shí)驗(yàn),同學(xué)們應(yīng)該有印象。
不論光源和觀察者怎樣運(yùn)動(dòng),光速都是相同的。
這與我們從速度合成法則推導(dǎo)的結(jié)論發(fā)生了矛盾.問題出在哪里呢?
⒊狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)
這一矛盾,不僅對(duì)我們的推理給予否定,還對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論提出了挑戰(zhàn):要么否定特殊參考系O的存在,要么放棄麥克斯韋電磁場(chǎng)理論.愛因斯坦選擇了后者,提出了兩條假設(shè):(投影)
⑴在不同的慣性系中,一切物理規(guī)律都是相同的。(愛因斯坦相對(duì)性原理
6、)
⑵真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。(光速不變?cè)恚?
為什么這兩個(gè)結(jié)論被稱為假設(shè)呢?
雖然這兩個(gè)假設(shè)可以由麥克爾遜實(shí)驗(yàn)直接推出,但這畢竟是有限的幾次實(shí)驗(yàn),只有用這個(gè)假設(shè)得出大量的結(jié)論與事實(shí)相符時(shí),它們才能成為真正意義上的原理,這才是科學(xué)的態(tài)度。
㈢課堂小結(jié)
⒈本節(jié)課我們通過復(fù)習(xí)慣性系概念,理解了經(jīng)典的相對(duì)性原理。
⒉通過光速實(shí)驗(yàn)引起的困難,理解了光的傳播與經(jīng)典理論的矛盾。
⒊學(xué)習(xí)了狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)。
七、布置作業(yè)
⒈復(fù)習(xí)課文,預(yù)習(xí)下一節(jié)課的內(nèi)容。
⒉書面作業(yè):課本第121頁中作業(yè)的第2、3、4題。
⒊完成導(dǎo)與練中相應(yīng)的練習(xí)。
八、板書設(shè)計(jì)
略
九、課后記