2019-2020年高中物理 《廣義相對論簡介》教學(xué)設(shè)計 新人教版選修3-4

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1、2019-2020年高中物理廣義相對論簡介教學(xué)設(shè)計新人教版選修3-4適用教材人教版選修3-5第十五章第4節(jié)教學(xué)目標(biāo)1. 了解廣義相對性原理和等效原理。2. 了解廣義相對論的幾個結(jié)論及主要觀測證據(jù)。3. 通過本節(jié)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生探索宇宙奧秘的興趣，形成初步的相對論時空觀。教學(xué)重點廣義相對性原理和等效原理。教學(xué)難點理解廣義相對論的幾個結(jié)論。教學(xué)方法在教師的引導(dǎo)下，共同分析、研究得出結(jié)論。教學(xué)用具：投影儀及投影片。教學(xué)過程（一）引入新課師：1915年，繼狹義相對論發(fā)表10年之后，愛因斯坦又發(fā)表了廣義相對論。這節(jié)課我們來了解一下廣義相對論的基本原理和幾個結(jié)論。（二）進(jìn)行新課1 超越狹義相對論的思考師：請

2、大家閱讀教材，回答狹義相對論中無法解釋的兩個問題是什么？學(xué)生閱讀、思考。生：第一個問題，狹義相對論無法解釋引力作用以什么速度傳遞，沒有辦法把萬有引力理論納入狹義相對論的理論框架；第二個問題，狹義相對論只適用于慣性參考系，為什么狹義相對論只在慣性參考系適用而在非慣性系不適用？狹義相對論本身無法解釋。師：愛因斯坦認(rèn)真思考了以上兩個問題，又向前邁進(jìn)了一大步，把相對性原理推廣到包括非慣性系在內(nèi)的任意參考系，提出了廣義相對性原理。2 廣義相對性原理和等效原理師：廣義相對性原理的內(nèi)容：“在任何參考系中，物理規(guī)律都是相同的”也可以理解為：“物理學(xué)定律必須對于無論哪種方式運動著的參考系都成立”。師：在廣義相對

3、論中還有另一個基本原理這就是著名的等效原理。請大家閱讀教材，看看什么是等效原理，它是如何提出來的。學(xué)生閱讀、思考。師：（投影下圖，做簡要講解。）m154-1件幽引力場-中做勻加速運動的零號病等價停泊在行星表面的飛船里，沒有支撐的物體會做自由落體運動即勻加速運動，這是因為飛船處在行星表面空間的引力場中；如果飛船遠(yuǎn)離行星表面做勻加速運動，也會觀察到?jīng)]有支撐的物體的自由落體運即勻加速運動。我們不能根據(jù)飛船內(nèi)的自由落體運動來判斷飛船到底在加速運動，還是停在一個行星的表面。這說明一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價，這就是等效原理。3 廣義相對論的幾個結(jié)論師：從廣義相對論的兩個基本原理出發(fā)，可

4、以直接得到一些“意想不到”的結(jié)論。請大家閱讀教材，說明得到了哪些結(jié)論，這些結(jié)論的實驗驗證是什么？學(xué)生閱讀，思考。生1：第一個結(jié)論，物質(zhì)的引力使光線彎曲。20世紀(jì)初，人們觀測到了太陽引力場引起的光線彎曲。觀測到了太陽后面的恒星。生2：第二個結(jié)論，引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別。例如在強引力場的星球附近，時間進(jìn)程會變慢。天文觀測到了引力紅移現(xiàn)象，驗證了這一結(jié)論的成立。師：（投影下圖，引導(dǎo)學(xué)生分析上述結(jié)論。）附近時推主琳析觀察圖15.4-2，如果飛船做勻速直線運動，在光向右傳播的同時，因為飛船的速度保持不變，船上觀察者記錄下的光的徑跡會是一條傾斜的直線。如果飛船做勻加速直線運動，在光

5、向右傳播的同時，飛船的速度在不斷地增加，因此船上觀察者記錄下的光的徑跡是一條曲線。根據(jù)等效原理，航天員完全可以認(rèn)為飛船沒有加速運動，而是在船尾方向存在一個行星，它的引力場影響了飛船內(nèi)的物理進(jìn)程。因此我們可以認(rèn)為：物質(zhì)的引力使光線彎曲。觀察圖15.4-3，圖左下方是地球，中間是太陽，上端是太陽背后的恒星，如果按照光的直線傳播，這顆恒星發(fā)的光不會傳到地球上，因為太陽擋住了它。但這顆恒星發(fā)的光在經(jīng)過太陽附近時由于它的引力而彎曲了，就能夠到達(dá)地球表面，人們就會看到這顆行星，圖中右上方的那顆行星就是我們看到的這顆行星的位置，實際上是它的像。但由于平時太陽光的強度較大，人眼就無法清楚地看到這顆行星，只有在

6、發(fā)生日全食的時候才能清楚地觀察到它。廣義相對論還告訴我們，引力場的存在會使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別，在強引力場的星球附近，時間進(jìn)程會變慢。矮星表面的引力很強，那里的時間進(jìn)程慢，那里原子發(fā)射的光的頻率會比地球上同種原子發(fā)射的光的頻率低。因為在可見光范圍內(nèi)，紅光頻率是最低的。這種發(fā)射光的頻率變低的現(xiàn)象就認(rèn)為是紅移。(三) 課堂總結(jié)本節(jié)我們了解了愛因斯坦在對狹義相對論無法解釋的兩個問題進(jìn)行思考的基礎(chǔ)上，提出了廣義相對性原理和等效原理，從而創(chuàng)立了廣義相對論。我們還了解了廣義相對論的兩個結(jié)論：一是物質(zhì)的引力使光線彎曲，二是引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別。雖然這些原理既基本又簡單，

7、從中體會愛因斯坦帶給我們啟迪的新思想、新觀念卻顯得非常重要。課后作業(yè)閱讀課本內(nèi)容和“科學(xué)漫步”，完成課本中本節(jié)“問題與練習(xí)”的題目。2019-2020年高中物理庫侖定律精品教案新人教版選修3一、教材分析1. 庫侖定律既是電荷間相互作用的基本規(guī)律，又是學(xué)習(xí)電場強度的基礎(chǔ)不僅要求學(xué)生定性知道，而且還要求定量了解和應(yīng)用。2、展示庫侖定律的內(nèi)容和庫侖發(fā)現(xiàn)這一定律的過程，并強調(diào)該定律的條件和遠(yuǎn)大意義。二教學(xué)目標(biāo)()知識與技能1理解庫侖定律的含義和表達(dá)式，知道靜電常量。了解庫侖定律的適用條件，學(xué)習(xí)用庫侖定律解決簡單的問題。2. 滲透理想化思想，培養(yǎng)由實際問題進(jìn)行簡化抽象思維建立物理模型的力。（二）過程與方

8、法通過認(rèn)識科學(xué)家在了解自然的過程中常用的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生善用類比方法、理想化方法、實驗方法等物理學(xué)習(xí)方法。（三）情感態(tài)度與價值觀通過對庫侖定律探究過程的討論，使學(xué)生掌握科學(xué)的探究方法，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的熱三、教學(xué)重難點（一）重點對庫侖定律的理解（二）難點對庫侖定律發(fā)現(xiàn)過程的探討。四、學(xué)情分析學(xué)生在高一已經(jīng)學(xué)習(xí)了萬有引力的基本知識，為過渡到本節(jié)的學(xué)習(xí)起著鋪墊作用，學(xué)生已具備了一定的探究能力、邏輯思維能力及推理演算能力。能在老師指導(dǎo)下通過觀察、思考，發(fā)現(xiàn)一些問題和解決問題五、課前準(zhǔn)備學(xué)生準(zhǔn)備展示學(xué)案上預(yù)習(xí)的情況，老師準(zhǔn)備必要的課件六、教學(xué)方法比較庫侖定律與萬有引力定律的異同。七、課時安排1課時八、

9、教學(xué)過程1 教師演示1.1-6的實驗2 .學(xué)生注意觀察小球偏角的變化以及引起這一變化的原因。杞一卒店證電的的體放血人處，另把一卒酋電的軽旳小以矗血址長上.丸簷秋扈氏也、（au-a）.電荷柞陽力的大M入通辻我詢A2fi柏的倉度顯示出蠱飾卜竝不周位$葉蟲81僞青豎直方軻的劇度可楓弗枚心球祈受力的知扎再把小賊蠱和卜1JL壇丈以誠冷言附帝妁tirt.Ittt小鑼愛力大小的變化.3. 通過對實驗現(xiàn)象的定性分析得到：電荷之間的作用力隨電荷量的增大而增大，隨距離的增大而減小。4. 法國物理學(xué)家?guī)靵觯脤嶒炑芯苛穗姾砷g相互作用的電力，這就是庫侖定律。內(nèi)容：真空中的兩個點電荷之間的作用力，跟它們的電荷量的乘積成

10、正比，跟它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。表達(dá)式：k叫靜電力常量，k=9X109N1WC2。5. 介紹點電荷： 不考慮大小和電荷的具體分布，可視為集中于一點的電荷。 點電荷是一種理想化模型。 介紹把帶電體處理為點電荷的條件：帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時。6任意帶電體所受的力可以看作是多個點電荷所受力的合力。7.庫侖定律與萬有引力定律（計算下題）試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力。已知電子的質(zhì)量mi=9.10X10-3ikg，質(zhì)子的質(zhì)量m=1.67X10-27kg，電子和質(zhì)子的電荷量都是1.60X10-19C。分析

11、：這個問題不用分別計算電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力，而是列公式，化簡之后,再求解。解：電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬有引力分別是：kQiQ?Qm1*m2=2.3X1039F_9.0X109X1.60XIO-19X1.60XIO-196.67x1Q-11x9.10x1Q-31x1.67x1Q-27（回答“思考與討論”）可以看出：萬有引力公式和庫侖定律公式在表面上很相似，表述的都是力，這是相同之處；它們的實質(zhì)區(qū)別是：首先萬有引力公式計算出的力只能是相互吸引的力，絕沒有相排斥的力。其次，由計算結(jié)果看出，電子和質(zhì)子間的萬有引力比它們之間的靜電引力小的很多，因此在研究微觀帶電粒子間的相互作用時，主要考慮

12、靜電力，萬有引力雖然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不計。九、板書設(shè)計1庫侖定律a. 內(nèi)容：真空中的兩個點電荷之間的作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比，作用力的方向在它們的連線上。b. 表達(dá)式：2.點電荷a. 不考慮大小和電荷的具體分布，可視為集中于一點的電荷。b. 點電荷是一種理想化模型。c介紹把帶電體處理為點電荷的條件：帶電體間的距離比它們自身的大小大得多，帶電體的形狀和大小對相互作用力的影響可以忽略不計時。十、教學(xué)反思1為突破重難點應(yīng)講清庫侖定律及適用條件，說明庫侖力符合力的特征，遵守牛頓第三定律。2為定性演示庫侖定律，應(yīng)使帶電小球表面光滑，防止尖端放電，支架應(yīng)選絕緣性能好的，空氣要干燥3說清K的單位由公式中各量單位確定，其數(shù)值則由實驗確定。