2024-2025學(xué)年新教材高中物理第七章5相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性教案新人教版必修2

PAGE1-相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性科目物理課題相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性課時(shí)1課時(shí)教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)一．學(xué)問(wèn)與技能1.理解狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)；知道時(shí)間延緩效應(yīng)和長(zhǎng)度縮短效應(yīng)；2.相識(shí)經(jīng)典力學(xué)的局限性和適用范圍；二．過(guò)程與方法1.了解時(shí)間延緩效應(yīng)和長(zhǎng)度收縮效應(yīng)；2.經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論力學(xué)、量子力學(xué)的理解。情感看法與價(jià)值觀1.了解相對(duì)論時(shí)空觀，感受人類(lèi)對(duì)客觀世界不斷探究的精神和情感；2.培育學(xué)生理解牛頓力學(xué)的局限性，培育學(xué)生的探究精神，明白科學(xué)理論不會(huì)窮盡一切真理。教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)；2.了解時(shí)間延緩效應(yīng)和長(zhǎng)度收縮效應(yīng)。教學(xué)難點(diǎn)：經(jīng)典力學(xué)與相對(duì)論力學(xué)、量子力學(xué)的理解。教學(xué)打算課件演示教學(xué)過(guò)程老師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課：設(shè)想人類(lèi)可以利用飛船以0.2c的速度進(jìn)行星際航行。若飛船向正前方的某一星球放射一束激光，該星球上的視察者測(cè)量到的激光的速度是多少？【老師引導(dǎo)】生活閱歷讓我們體會(huì)到，時(shí)間像一條看不見(jiàn)的“長(zhǎng)河”，勻稱(chēng)地自行消逝著，空間像一個(gè)廣袤無(wú)邊的房間，它們都不影響物體及其運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，時(shí)間與空間都是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的。這種肯定時(shí)空觀，也叫牛頓力學(xué)時(shí)空觀。講授新課：（1）相對(duì)論時(shí)空觀【老師引導(dǎo)】19世紀(jì)，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋依據(jù)電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在，并證明電磁波的傳播速度等于光速c。人們自然要問(wèn):這個(gè)速度是相對(duì)哪個(gè)參考系而言的？一些物理學(xué)家對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了探討。在試驗(yàn)探討中，1887年的邁克耳孫——莫雷試驗(yàn)以及其他一些試驗(yàn)表明:在不同的參考系中，光的傳播速度都是一樣的！這與牛頓力學(xué)中不同參考系之間的速度變換關(guān)系不符。【老師補(bǔ)充】愛(ài)因斯坦假設(shè):在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式都是相同的；真空中的光速在不同的慣性參考系中大小都是相同的。【老師提問(wèn)】列車(chē)K的某車(chē)廂的中心發(fā)出了一個(gè)閃光，車(chē)廂中的人認(rèn)為閃光同時(shí)到達(dá)了前后兩壁(事務(wù)A和B)。不同的是，列車(chē)K靜止在車(chē)站里，另一列車(chē)L從旁邊咆哮而過(guò)。那么，在運(yùn)動(dòng)的列車(chē)L里，視察者認(rèn)為，沿著運(yùn)動(dòng)方向位置靠前一些的事務(wù)A先發(fā)生，還是靠后一些的事務(wù)B先發(fā)生?【老師補(bǔ)充引導(dǎo)】假設(shè)一列火車(chē)沿平直軌道飛速地勻速行駛。車(chē)廂中心的光源發(fā)出了一個(gè)閃光，閃光照到了車(chē)廂的前壁和后壁。車(chē)上的視察者以車(chē)廂為參考系，因?yàn)檐?chē)廂是個(gè)慣性系，光向前、后傳播的速率相同，光源又在車(chē)廂的中心，閃光當(dāng)然會(huì)同時(shí)到達(dá)前后兩壁(圖甲)。對(duì)于車(chē)下的視察者來(lái)說(shuō)，他以地面為參考系，因閃光向前、后傳播的速率對(duì)地面也是相同的，在閃光飛向兩壁的過(guò)程中，車(chē)廂向前行進(jìn)了一段距離，所以向前的光傳播的路程長(zhǎng)些。他觀測(cè)到的結(jié)果應(yīng)當(dāng)是:閃光先到達(dá)后壁，后到達(dá)前壁(圖乙)。因此，這兩個(gè)事務(wù)不是同時(shí)發(fā)生的?！緦W(xué)生小組溝通】事務(wù)A先發(fā)生【老師補(bǔ)充引導(dǎo)】在愛(ài)因斯坦兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可以得到下述結(jié)果。1、時(shí)間延緩效應(yīng)假如相對(duì)于地面以v運(yùn)動(dòng)的慣性參考系上的人視察到與其一起運(yùn)動(dòng)的物體完成某個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為△τ，地面上的人視察到該物體在同一地點(diǎn)完成這個(gè)動(dòng)作的時(shí)間間隔為△t,那么兩者之間的關(guān)系是:由于，所以總有，此種狀況稱(chēng)為時(shí)間延遲效應(yīng)。2、長(zhǎng)度收縮效應(yīng)假如與桿相對(duì)靜止的人測(cè)得桿長(zhǎng)是，沿著桿的方向，以v相對(duì)桿運(yùn)動(dòng)的人測(cè)得桿長(zhǎng)是l，那么兩者之間的關(guān)系是：由于，所以總有，此種狀況稱(chēng)為長(zhǎng)度收縮效應(yīng)?！纠蠋熆偨Y(jié)】運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度(空間距離)和物理過(guò)程的快慢(時(shí)間進(jìn)程)都跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。這個(gè)結(jié)論具有革命性的意義，它所反映的時(shí)空觀稱(chēng)作相對(duì)論時(shí)空觀?！舅妓髋c探討】已知μ子低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均壽命是3.0。當(dāng);子以0.99C的速度飛行，若選擇μ子為參考系，此時(shí)μ子的平均壽命是多少？對(duì)于地面上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，平均壽命又是多少？【解答】若選擇以μ子為參考系，μ子做低速運(yùn)動(dòng)，平均壽命為3.0。對(duì)于地面視察者來(lái)說(shuō)，μ子高速飛行，平均壽命?！纠蠋熆偨Y(jié)】高速運(yùn)動(dòng)的μ子壽命變長(zhǎng)這一現(xiàn)象，用經(jīng)典理論無(wú)法說(shuō)明，用相對(duì)論時(shí)空觀可得到很好的說(shuō)明。這一探討結(jié)果成了相對(duì)論時(shí)空觀的最早證據(jù)。（2）牛頓力學(xué)的成就與局限性【老師引導(dǎo)】牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律，萬(wàn)有引力定律的建立是確立了人們對(duì)牛頓力學(xué)的敬重。經(jīng)典力學(xué)的巨大成就：（1）從地面上物體的運(yùn)動(dòng)到天體的運(yùn)動(dòng)。（2）從大氣的流淌到地殼的變動(dòng)。（3）從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計(jì)各種機(jī)械。（4）從自行車(chē)到汽車(chē)、火車(chē)、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具的運(yùn)動(dòng)。（5）從投出籃球到放射導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船……【學(xué)生思索】牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍【老師補(bǔ)充引導(dǎo)】宏觀：能用通常方法測(cè)量與視察的物體。低速：遠(yuǎn)小于光速的速度弱引力:物體的半徑遠(yuǎn)小于引力半徑時(shí)物體之間存在的作用力?！纠蠋熖釂?wèn)】何為高速？何為低速？【學(xué)生思索】低速:遠(yuǎn)小于光速的速度為低速，通常所見(jiàn)的物體的運(yùn)動(dòng)，如行駛的汽車(chē)、放射的導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星及宇宙飛船等物體的運(yùn)動(dòng)皆為低速運(yùn)動(dòng)。高速:有些微觀粒子在肯定條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱(chēng)為高速?！纠蠋熆偨Y(jié)】除了高速運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)在其他方面是否也有局限性?19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，物理學(xué)探討深化到微觀世界，發(fā)覺(jué)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，而且發(fā)覺(jué)它們不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在許多狀況下不能用牛頓力學(xué)來(lái)說(shuō)明。20世紀(jì)20年頭，量子力學(xué)建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。像一切科學(xué)一樣，牛頓力學(xué)沒(méi)有也不會(huì)窮盡一切真理，它也有自己的局限性?！菊n堂小結(jié)】基于試驗(yàn)檢驗(yàn)的牛頓力學(xué)不會(huì)被新的科學(xué)成就所否定，而是作為某些條件下的特別情形，被包括在新的科學(xué)成就之中。當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速c時(shí)（c=3×m/s），相對(duì)論物理學(xué)與牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)分；當(dāng)另一個(gè)重要常數(shù)即普朗克常量h可以忽視不計(jì)時(shí)（h=6.63×J·s），量子力學(xué)和牛頓力學(xué)的結(jié)論沒(méi)有區(qū)分。相對(duì)論與量子力學(xué)都沒(méi)有否定過(guò)去的科學(xué)，而只認(rèn)為過(guò)去的科學(xué)是自己在肯定條件下的特別情形。課堂練習(xí)：1、物理學(xué)的發(fā)展豐富了人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的相識(shí),推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命,促進(jìn)了物質(zhì)生產(chǎn)的旺盛與人類(lèi)文明的進(jìn)步。下列表述正確的是()A.牛頓發(fā)覺(jué)了萬(wàn)有引力定律B.牛頓通過(guò)試驗(yàn)證明了萬(wàn)有引力定律C.相對(duì)論的創(chuàng)立表明經(jīng)典力學(xué)已不再適用D.愛(ài)因斯坦建立了狹義相對(duì)論,把物理學(xué)推廣到高速領(lǐng)域答案：AD2、關(guān)于經(jīng)典力學(xué),下列說(shuō)法正確的是()A.經(jīng)典力學(xué)完全適用于宏觀、低速運(yùn)動(dòng)B.經(jīng)典力學(xué)取得了巨大成就,是普遍適用的C.隨著物理學(xué)的發(fā)展,經(jīng)典力學(xué)將漸漸成為過(guò)時(shí)的理論D.由于相對(duì)論、量子力學(xué)的提出,經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)失去了它的應(yīng)用價(jià)值答案：A3、下列說(shuō)法中正確的是()A.在經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變更,在狹義相對(duì)論中,物體的質(zhì)量也不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變更

B.在經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)速度的增加而減小,在狹義相對(duì)論中,物體的質(zhì)量隨物體速度的增大而增大

C.在經(jīng)典力學(xué)中,物體的質(zhì)量是不變的,在狹義相對(duì)論中,物體的質(zhì)量隨物體的速度的增大而增大

D.上述說(shuō)法都是錯(cuò)誤的答案：C4、下列適合用牛頓運(yùn)動(dòng)定律探討的是(

)A.探討高速運(yùn)動(dòng)的電子

B.探討月球繞地球的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況

C.探討運(yùn)動(dòng)員百米跑的狀況

D.探討火車(chē)從廣州開(kāi)往深圳的運(yùn)動(dòng)答案：BCD5、A、B兩架飛機(jī)沿地面上一足球場(chǎng)的長(zhǎng)軸方向在其上空高速飛過(guò),且,兩架飛機(jī)速度均接近光速,關(guān)于在飛機(jī)上的人視察結(jié)果,下列說(shuō)法正確的是(

)A.A飛機(jī)上的人視察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度比B飛機(jī)上的人視察到的大

B.A飛機(jī)上的人視察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度比B飛機(jī)上的人視察到的小

C.兩飛機(jī)上的人視察到足球場(chǎng)的長(zhǎng)度相同

D.兩飛機(jī)上的人視察到足球場(chǎng)的寬度相同答案：BD6、在地面旁邊有一高速飛過(guò)的火箭.關(guān)于地面上的人和火箭中的人視察到的現(xiàn)象中正確的是(

)A.地面上的人視察到火箭變短了,火箭上的時(shí)間進(jìn)程變快了

B.地面上的人視察到火箭變短了,火箭上的時(shí)間進(jìn)程變慢了

C.火箭上的人視察到火箭的長(zhǎng)度和時(shí)間進(jìn)程均無(wú)變更

D.火箭上的人看到地面物體長(zhǎng)度變小,時(shí)間進(jìn)程變慢了答案：BCD【課后作業(yè)】閱讀科學(xué)閑逛，完成相關(guān)課后題學(xué)生視察圖片思索探討學(xué)生經(jīng)過(guò)老師引導(dǎo)，體會(huì)光的傳播速度與傳播速度的關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生思索事務(wù)發(fā)生先后，并且用物理學(xué)問(wèn)解答說(shuō)明通過(guò)思索與探討，正確的理解時(shí)間延遲效應(yīng)理解長(zhǎng)度收縮效應(yīng)了解牛頓力學(xué)的成就，理解牛頓力學(xué)的局限性了解牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍學(xué)生練習(xí)學(xué)生練習(xí)通過(guò)科技中的學(xué)問(wèn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愛(ài)好，引出本節(jié)課題通過(guò)聯(lián)系之前已知的學(xué)問(wèn)，思索相對(duì)論時(shí)空觀熬煉學(xué)生的計(jì)算推導(dǎo)的實(shí)力理