2019-2020年高中物理 《廣義相對論簡介》教學設計 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》教學設計新人教版選修3-4適用教材 人教版選修3-5第十五章第4節(jié) 教學目標 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)學習，激發(fā)學生探索宇宙奧秘的興趣，形成初步的相對論時空觀。 教學重點 廣義相對性原理和等效原理。 教學難點 理解廣義相對論的幾個結(jié)論。 教學方法 在教師的引導下，共同分析、研究得出結(jié)論。 教學用具： 投影儀及投影片。 教學過程 （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

2、相對論的基本原理和幾個結(jié)論。 （二）進行新課 1 ?超越狹義相對論的思考 師：請大家閱讀教材，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：愛因斯坦認真思考了以上兩個問題，又向前邁進了一大步，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

3、中，物理規(guī)律都是相同的”也可以理解為：“物理學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

4、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程出現(xiàn)差別。 例如在強引力場的星球附近，時間進程會變慢。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，引導學生分析上述結(jié)論。） 附近時

5、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)的物理進程。因此我們可以認為：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

6、力而彎曲了，就能夠到達地球表面，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程出現(xiàn)差別，在強引力場的星球附近，時間進程會變慢。矮星表面的引力很強，那里的時間進程慢，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行思考的基礎

7、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程出現(xiàn)差別。雖然這些原理既基本又簡單，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“科學漫步”，完成課本中本節(jié)“問題與練習”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，又是學習電場強度的基礎 不僅要求學生定性知道，而且還要求定量了解和應用。 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

8、定律的條件 和遠大意義。 二教學目標 (―)知識與技能 1理解庫侖定律的含義和表達式，知道靜電常量。了解庫侖定律的適用條件，學習用庫侖定律解決簡單的問題。 2. 滲透理想化思想，培養(yǎng)由實際問題進行簡化抽象思維建立物理模型的力。 （二）過程與方法 通過認識科學家在了解自然的過程中常用的科學方法，培養(yǎng)學生善用類比方法、理想化方法、實驗方法等物理學習方法。（三）情感態(tài)度與價值觀 通過對庫侖定律探究過程的討論，使學生掌握科學的探究方法，激發(fā)學生對科學的熱 三、教學重難點 （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、學情分析 學生在高一已經(jīng)學習

9、了萬有引力的基本知識，為過渡到本節(jié)的學習起著鋪墊作用，學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。能在老師指導下通過觀察、思考，發(fā)現(xiàn)一些問題和解決問題 五、課前準備 學生準備展示學案上預習的情況，老師準備必要的課件 六、教學方法 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、教學過程 1 ?教師演示1.1-6的實驗 2 .學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

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. 法國物理學家?guī)靵?，用實驗研究了電荷間相互作用的電力，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。 表達式：k叫靜電力常量，k=9X109N?1WC2。 5. 介紹點電荷： ① 不考慮大小和電荷的具體分布，可視為集中于一點的電荷。 ② 點電荷是一種理想化模型。 ③

11、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：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 =2.3X1039

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、教學反思 1為突破重難點應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，應使帶電小球表面光滑，防止尖端放電，支架應選絕緣性能好的，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。