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

2019-2020年高中物理廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介教學(xué)設(shè)計(jì)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(duì)性原理和等效原理。2. 了解廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論及主要觀測(cè)證據(jù)。3. 通過(guò)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(duì)論時(shí)空觀。教學(xué)重點(diǎn)廣義相對(duì)性原理和等效原理。教學(xué)難點(diǎn)理解廣義相對(duì)論的幾個(gè)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(guò)程（一）引入新課師：1915年，繼狹義相對(duì)論發(fā)表10年之后，愛(ài)因斯坦又發(fā)表了廣義相對(duì)論。這節(jié)課我們來(lái)了解一下廣義相對(duì)論的基本原理和幾個(gè)結(jié)論。（二）進(jìn)行新課1 超越狹義相對(duì)論的思考師：請(qǐng)大家閱讀教材，回答狹義相對(duì)論中無(wú)法解釋的兩個(gè)問(wèn)題是什么？學(xué)生閱讀、思考。生：第一個(gè)問(wèn)題，狹義相對(duì)論無(wú)法解釋引力作用以什么速度傳遞，沒(méi)有辦法把萬(wàn)有引力理論納入狹義相對(duì)論的理論框架；第二個(gè)問(wèn)題，狹義相對(duì)論只適用于慣性參考系，為什么狹義相對(duì)論只在慣性參考系適用而在非慣性系不適用？狹義相對(duì)論本身無(wú)法解釋。師：愛(ài)因斯坦認(rèn)真思考了以上兩個(gè)問(wèn)題，又向前邁進(jìn)了一大步，把相對(duì)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(duì)性原理。2 廣義相對(duì)性原理和等效原理師：廣義相對(duì)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(duì)于無(wú)論哪種方式運(yùn)動(dòng)著的參考系都成立”。師：在廣義相對(duì)論中還有另一個(gè)基本原理這就是著名的等效原理。請(qǐng)大家閱讀教材，看看什么是等效原理，它是如何提出來(lái)的。學(xué)生閱讀、思考。師：（投影下圖，做簡(jiǎn)要講解。）m154-1件幽引力場(chǎng)-中做勻加速運(yùn)動(dòng)的零號(hào)病等價(jià)停泊在行星表面的飛船里，沒(méi)有支撐的物體會(huì)做自由落體運(yùn)動(dòng)即勻加速運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)轱w船處在行星表面空間的引力場(chǎng)中；如果飛船遠(yuǎn)離行星表面做勻加速運(yùn)動(dòng)，也會(huì)觀察到?jīng)]有支撐的物體的自由落體運(yùn)即勻加速運(yùn)動(dòng)。我們不能根據(jù)飛船內(nèi)的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)判斷飛船到底在加速運(yùn)動(dòng)，還是停在一個(gè)行星的表面。這說(shuō)明一個(gè)均勻的引力場(chǎng)與一個(gè)做勻加速運(yùn)動(dòng)的參考系等價(jià)，這就是等效原理。3 廣義相對(duì)論的幾個(gè)結(jié)論師：從廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理出發(fā)，可以直接得到一些“意想不到”的結(jié)論。請(qǐng)大家閱讀教材，說(shuō)明得到了哪些結(jié)論，這些結(jié)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是什么？學(xué)生閱讀，思考。生1：第一個(gè)結(jié)論，物質(zhì)的引力使光線彎曲。20世紀(jì)初，人們觀測(cè)到了太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的光線彎曲。觀測(cè)到了太陽(yáng)后面的恒星。生2：第二個(gè)結(jié)論，引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別。例如在強(qiáng)引力場(chǎng)的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢。天文觀測(cè)到了引力紅移現(xiàn)象，驗(yàn)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(shí)推主琳析觀察圖15.4-2，如果飛船做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在光向右傳播的同時(shí)，因?yàn)轱w船的速度保持不變，船上觀察者記錄下的光的徑跡會(huì)是一條傾斜的直線。如果飛船做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在光向右傳播的同時(shí)，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(méi)有加速運(yùn)動(dòng)，而是在船尾方向存在一個(gè)行星，它的引力場(chǎng)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(yáng)，上端是太陽(yáng)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(huì)傳到地球上，因?yàn)樘?yáng)擋住了它。但這顆恒星發(fā)的光在經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)由于它的引力而彎曲了，就能夠到達(dá)地球表面，人們就會(huì)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(shí)際上是它的像。但由于平時(shí)太陽(yáng)光的強(qiáng)度較大，人眼就無(wú)法清楚地看到這顆行星，只有在發(fā)生日全食的時(shí)候才能清楚地觀察到它。廣義相對(duì)論還告訴我們，引力場(chǎng)的存在會(huì)使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別，在強(qiáng)引力場(chǎng)的星球附近，時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢。矮星表面的引力很強(qiáng)，那里的時(shí)間進(jìn)程慢，那里原子發(fā)射的光的頻率會(huì)比地球上同種原子發(fā)射的光的頻率低。因?yàn)樵诳梢?jiàn)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(ài)因斯坦在對(duì)狹義相對(duì)論無(wú)法解釋的兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行思考的基礎(chǔ)上，提出了廣義相對(duì)性原理和等效原理，從而創(chuàng)立了廣義相對(duì)論。我們還了解了廣義相對(duì)論的兩個(gè)結(jié)論：一是物質(zhì)的引力使光線彎曲，二是引力場(chǎng)的存在使得空間不同位置的時(shí)間進(jìn)程出現(xiàn)差別。雖然這些原理既基本又簡(jiǎn)單，從中體會(huì)愛(ài)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(wèn)題與練習(xí)”的題目。2019-2020年高中物理庫(kù)侖定律精品教案新人教版選修3一、教材分析1. 庫(kù)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(chǎng)強(qiáng)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(kù)侖定律的內(nèi)容和庫(kù)侖發(fā)現(xiàn)這一定律的過(guò)程，并強(qiáng)調(diào)該定律的條件和遠(yuǎn)大意義。二教學(xué)目標(biāo)()知識(shí)與技能1理解庫(kù)侖定律的含義和表達(dá)式，知道靜電常量。了解庫(kù)侖定律的適用條件，學(xué)習(xí)用庫(kù)侖定律解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題。2. 滲透理想化思想，培養(yǎng)由實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化抽象思維建立物理模型的力。（二）過(guò)程與方法通過(guò)認(rèn)識(shí)科學(xué)家在了解自然的過(guò)程中常用的科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生善用類(lèi)比方法、理想化方法、實(shí)驗(yàn)方法等物理學(xué)習(xí)方法。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)對(duì)庫(kù)侖定律探究過(guò)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(duì)科學(xué)的熱三、教學(xué)重難點(diǎn)（一）重點(diǎn)對(duì)庫(kù)侖定律的理解（二）難點(diǎn)對(duì)庫(kù)侖定律發(fā)現(xiàn)過(guò)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(wàn)有引力的基本知識(shí)，為過(guò)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(guò)觀察、思考，發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題和解決問(wèn)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(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律的異同。七、課時(shí)安排1課時(shí)八、教學(xué)過(guò)程1 教師演示1.1-6的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)上.丸簷秋扈氏也、（au-a）.電荷柞陽(yáng)力的大M入通辻»我詢A2fi柏的倉(cāng)度顯示出蠱飾卜竝不周位$葉蟲(chóng)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(chéng)冷言附帝妁tirt.Ittt小鑼愛(ài)力大小的變化.3. 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(guó)物理學(xué)家?guī)靵?，用?shí)驗(yàn)研究了電荷間相互作用的電力，這就是庫(kù)侖定律。內(nèi)容：真空中的兩個(gè)點(diǎn)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。表達(dá)式：k叫靜電力常量，k=9X109N1WC2。5. 介紹點(diǎn)電荷： 不考慮大小和電荷的具體分布，可視為集中于一點(diǎn)的電荷。 點(diǎn)電荷是一種理想化模型。 介紹把帶電體處理為點(diǎn)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(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)。6任意帶電體所受的力可以看作是多個(gè)點(diǎn)電荷所受力的合力。7.庫(kù)侖定律與萬(wàn)有引力定律（計(jì)算下題）試比較電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬(wàn)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：這個(gè)問(wèn)題不用分別計(jì)算電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬(wàn)有引力，而是列公式，化簡(jiǎn)之后,再求解。解：電子和質(zhì)子間的靜電引力和萬(wàn)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(wàn)有引力公式和庫(kù)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(shí)質(zhì)區(qū)別是：首先萬(wàn)有引力公式計(jì)算出的力只能是相互吸引的力，絕沒(méi)有相排斥的力。其次，由計(jì)算結(jié)果看出，電子和質(zhì)子間的萬(wàn)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(shí)，主要考慮靜電力，萬(wàn)有引力雖然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不計(jì)。九、板書(shū)設(shè)計(jì)1庫(kù)侖定律a. 內(nèi)容：真空中的兩個(gè)點(diǎn)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(diǎn)電荷a. 不考慮大小和電荷的具體分布，可視為集中于一點(diǎn)的電荷。b. 點(diǎn)電荷是一種理想化模型。c介紹把帶電體處理為點(diǎn)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(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)。十、教學(xué)反思1為突破重難點(diǎn)應(yīng)講清庫(kù)侖定律及適用條件，說(shuō)明庫(kù)侖力符合力的特征，遵守牛頓第三定律。2為定性演示庫(kù)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(shuō)清K的單位由公式中各量單位確定，其數(shù)值則由實(shí)驗(yàn)確定。