【教学设计】《从牛顿到爱因斯坦》（物理沪科高一上册）

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1、《从牛顿到爱因斯坦》◆教材分析1905年，爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意义的论文，为相对论、量子论等物理学领域奠定了基础，为纪念这一奇迹年100周年，全球物理学界一致呼吁将2005年定为 “国际物理年”。本部分内容极其抽象，教师的讲授主要是激起学生的兴趣，给其以观念上的冲击，引导学生积极思考．◆教学目标【知识与能力目标】1.知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论.2.了解经典时空观与相对论时空观的主要区别．体会相对论的建立对人类认识世界的影响．【过程与方法目标】1.通过学习，提高分析物理现象与定理定律矛盾的能力.2.通过时间间隔相对

2、性和长度相对性的推导，培养逻辑推理能力.3.通过建立相对论时空观，提高学生认识物质世界的能力．【情感与态度目标】1.通过对本节内容的学习，认识科学假设在科学发现上的重要作用，进一步理解逻辑推理的力量.◆教学重难点◆2.培养学生对逻辑推理形成的结论要有一个科学的接受态度.【教学重点】：狭义相对论的两个基本假设；同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性；【教学难点】：光速不变原理；相对论的时空观◆课前准备◆多媒体课件◆教学过程情境引入当你乘坐学生甲骑的自行车分别以匀速直线运动、加速直线运动时，你以不同方式(自由落体、竖直上抛、平抛等)抛出手中

3、的物体，你与站在路边的乙同学观察到的物体的运动情况一样吗？为了更好的解释这些问题，我们先来了解一下牛顿和爱因斯坦的伟大成就吧！新课导入一、牛顿的伟大成就请同学们回答牛顿三大定律的内容分别是什么？牛顿第一定律：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。又称为惯性定律，惰性定律。牛顿第二定律：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。再回答，万有引力定律的内容万有引力定律：自然界中任何两个物

4、体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。牛顿在1687年7月5日发表的不朽著作《自然哲学的数学原理》里用数学方法阐明了宇宙中最基本的法则--万有引力定律和三大运动定律。这四条定律构成了一个统一的体系，标志了以牛顿三大运动定律为基础的经典力学体系基本形成，被认为是"人类智慧史上最伟大的一个成就"，由此奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点，并成为现代工程学的基础。所谓自然哲学在当时主要是指物理学。牛顿为人类建立起"理性主义"的旗帜，开启工业革命的大门。牛顿逝世后被安葬于威斯敏斯特大教堂，成为在此长眠的

5、第一个科学家。17世纪以来，经典力学不断发展，取得了巨大成就。经典力学与其他学科相结合，产生了诸如热力学、材料力学、工程力学、结构力学、天体力学流体和空气动力学、爆炸力学、地质力学、生物力学等许多现代分支学科。在人们的生活、生产和科学实践中，无论是大楼桥梁及太空站的结构，还是汽车、飞机、火箭、人造卫星及各种天体的运动，或是岩石、地壳、洋流、大气的迁移等，都服从牛顿力学规律。此外，牛顿力学中所建立的许多基本概念、基二、牛顿力学的局限性请同学们思考并讨论教材98页“大家谈”总结：牛顿力学只适用于低速运动的物体，对于高速运动的问题，会出现不合理的解

6、释，所以不能用来解决高速运动的问题。三、爱因斯坦相对论简介1.基本知识(1)狭义相对论的两条基本原理①狭义相对性原理：物理规律对于所有惯性系都具有相同的形式．②光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度恒为c，与光源的运动和观测者的运动无关．(2)狭义相对论中的时间与空间①根据狭义相对论，“同时”不再具有绝对的意义，“同时”是相对的．运动的时钟会变慢，这就是时间延缓效应．②根据狭义相对论，长度与观察者的运动状态有关，运动的物体在运动方向上发生了收缩，这就是长度缩短效应．(3)相对论的速度叠加①狭义相对论的速度叠加公式为u＝，由该公式可推知

7、，光速在静止参考系和运动参考系中具有相同的数值．②在低速世界中，物体的运动可以用经典力学来描述，而在高速世界中，物体的运动必须用相对论来描述．2．思考判断(1)一切客观真实的物理规律在任何惯性系中的表述形式应该完全相同．(√)(2)在不同的惯性系中，在不同的方向上，光的传播速度大小是不同的．(×)(3)在高速世界中，运动的时钟会变慢，而在低速世界中这种效应可以忽略．(√)3.探究交流图6－1－2在高速运动的火车上，对地面长度的测量和时间的计算与地面上的人一样吗？【提示】　经典物理学认为，时间和空间是绝对的，是脱离物质而存在的，与物质的运动无关

8、，因此无论是在高速运动的火车上还是在地面上测量的结果应是相同的．但狭义相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关，在高速运动的火车上(速度大小可与光速相比拟)，对地面