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

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1、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)過程 （一）引入新課 師：1915年，繼狹義相對(duì)論發(fā)表10年之后，愛因斯坦又發(fā)表了廣義相對(duì)論。 這節(jié)課我們來了解一下廣義

2、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)論中無法解釋的兩個(gè)問題是什么？ 學(xué)生閱讀、思考。 生：第一個(gè)問題，狹義相對(duì)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(duì)論的理論框架；第二個(gè)問題，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)論本身無法解釋。 師：愛因斯坦認(rèn)真思考了以上兩個(gè)問題，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

3、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)來判斷飛船到底在加速運(yùn)動(dòng)，還是停在一個(gè)行星的

4、表面。這說明一個(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)到了太陽引力場(chǎng)引起的光線彎曲。觀測(cè)到了太陽后面的恒星。 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)

5、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，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(huì)傳到地球上，因?yàn)樘枔踝×怂?。但這顆恒星發(fā)的光在經(jīng)過太陽附近時(shí)由于它的引

6、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)太陽光的強(qiáng)度較大，人眼就無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)樵诳梢姽夥秶鷥?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(duì)狹義相對(duì)論無法解釋的兩個(gè)問題進(jìn)行思考的基礎(chǔ)

7、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(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)這一定律的過程，并強(qiáng)調(diào)該

8、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)單的問題。 2. 滲透理想化思想，培養(yǎng)由實(shí)際問題進(jìn)行簡(jiǎn)化抽象思維建立物理模型的力。 （二）過程與方法 通過認(rèn)識(shí)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(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 通過對(duì)庫(kù)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(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)過程的探討。 四、學(xué)情分析 學(xué)生在高一已經(jīng)學(xué)習(xí)

9、了萬有引力的基本知識(shí)，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(kù)侖定律與萬有引力定律的異同。 七、課時(shí)安排1課時(shí) 八、教學(xué)過程 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81僞青

10、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小鑼愛力大小的變化. 3. 通過對(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=9X109N?1WC2。 5. 介紹點(diǎn)電荷： ① 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。 ② 點(diǎn)電荷是一種理想化模型。 ③

11、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)問題不用分別計(jì)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(jiǎn)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 =2.3X1039

12、 F]_9.0X109X1.60XIO-19X1.60XIO-19 6.67x1Q-11x9.10x1Q-31x1.67x1Q-27 （回答“思考與討論”）可以看出：萬有引力公式和庫(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：首先萬有引力公式計(jì)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(jì)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(shí)，主要考慮靜電力，萬有引力雖然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不計(jì)。 九、板書設(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。