2019-2020年高中物理 《广义相对论简介》教学设计 新人教版选修3-4

2019-2020年高中物理广义相对论简介教学设计新人教版选修3-4适用教材人教版选修3-5第十五章第4节教学目标1. 了解广义相对性原理和等效原理。2. 了解广义相对论的几个结论及主要观测证据。3. 通过本节学习，激发学生探索宇宙奥秘的兴趣，形成初步的相对论时空观。教学重点广义相对性原理和等效原理。教学难点理解广义相对论的几个结论。教学方法在教师的引导下，共同分析、研究得出结论。教学用具：投影仪及投影片。教学过程（一）引入新课师：1915年，继狭义相对论发表10年之后，爱因斯坦又发表了广义相对论。这节课我们来了解一下广义相对论的基本原理和几个结论。（二）进行新课1 超越狭义相对论的思考师：请大家阅读教材，回答狭义相对论中无法解释的两个问题是什么？学生阅读、思考。生：第一个问题，狭义相对论无法解释引力作用以什么速度传递，没有办法把万有引力理论纳入狭义相对论的理论框架；第二个问题，狭义相对论只适用于惯性参考系，为什么狭义相对论只在惯性参考系适用而在非惯性系不适用？狭义相对论本身无法解释。师：爱因斯坦认真思考了以上两个问题，又向前迈进了一大步，把相对性原理推广到包括非惯性系在内的任意参考系，提出了广义相对性原理。2 广义相对性原理和等效原理师：广义相对性原理的内容：“在任何参考系中，物理规律都是相同的”也可以理解为：“物理学定律必须对于无论哪种方式运动着的参考系都成立”。师：在广义相对论中还有另一个基本原理这就是著名的等效原理。请大家阅读教材，看看什么是等效原理，它是如何提出来的。学生阅读、思考。师：（投影下图，做简要讲解。）m154-1件幽引力场-中做匀加速运动的零号病等价停泊在行星表面的飞船里，没有支撑的物体会做自由落体运动即匀加速运动，这是因为飞船处在行星表面空间的引力场中；如果飞船远离行星表面做匀加速运动，也会观察到没有支撑的物体的自由落体运即匀加速运动。我们不能根据飞船内的自由落体运动来判断飞船到底在加速运动，还是停在一个行星的表面。这说明一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是等效原理。3 广义相对论的几个结论师：从广义相对论的两个基本原理出发，可以直接得到一些“意想不到”的结论。请大家阅读教材，说明得到了哪些结论，这些结论的实验验证是什么？学生阅读，思考。生1：第一个结论，物质的引力使光线弯曲。20世纪初，人们观测到了太阳引力场引起的光线弯曲。观测到了太阳后面的恒星。生2：第二个结论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。例如在强引力场的星球附近，时间进程会变慢。天文观测到了引力红移现象，验证了这一结论的成立。师：（投影下图，引导学生分析上述结论。）附近时推主琳析观察图15.4-2，如果飞船做匀速直线运动，在光向右传播的同时，因为飞船的速度保持不变，船上观察者记录下的光的径迹会是一条倾斜的直线。如果飞船做匀加速直线运动，在光向右传播的同时，飞船的速度在不断地增加，因此船上观察者记录下的光的径迹是一条曲线。根据等效原理，航天员完全可以认为飞船没有加速运动，而是在船尾方向存在一个行星，它的引力场影响了飞船内的物理进程。因此我们可以认为：物质的引力使光线弯曲。观察图15.4-3，图左下方是地球，中间是太阳，上端是太阳背后的恒星，如果按照光的直线传播，这颗恒星发的光不会传到地球上，因为太阳挡住了它。但这颗恒星发的光在经过太阳附近时由于它的引力而弯曲了，就能够到达地球表面，人们就会看到这颗行星，图中右上方的那颗行星就是我们看到的这颗行星的位置，实际上是它的像。但由于平时太阳光的强度较大，人眼就无法清楚地看到这颗行星，只有在发生日全食的时候才能清楚地观察到它。广义相对论还告诉我们，引力场的存在会使得空间不同位置的时间进程出现差别，在强引力场的星球附近，时间进程会变慢。矮星表面的引力很强，那里的时间进程慢，那里原子发射的光的频率会比地球上同种原子发射的光的频率低。因为在可见光范围内，红光频率是最低的。这种发射光的频率变低的现象就认为是红移。(三) 课堂总结本节我们了解了爱因斯坦在对狭义相对论无法解释的两个问题进行思考的基础上，提出了广义相对性原理和等效原理，从而创立了广义相对论。我们还了解了广义相对论的两个结论：一是物质的引力使光线弯曲，二是引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。虽然这些原理既基本又简单，从中体会爱因斯坦带给我们启迪的新思想、新观念却显得非常重要。课后作业阅读课本内容和“科学漫步”，完成课本中本节“问题与练习”的题目。2019-2020年高中物理库仑定律精品教案新人教版选修3一、教材分析1. 库仑定律既是电荷间相互作用的基本规律，又是学习电场强度的基础不仅要求学生定性知道，而且还要求定量了解和应用。2、展示库仑定律的内容和库仑发现这一定律的过程，并强调该定律的条件和远大意义。二教学目标()知识与技能1理解库仑定律的含义和表达式，知道静电常量。了解库仑定律的适用条件，学习用库仑定律解决简单的问题。2. 渗透理想化思想，培养由实际问题进行简化抽象思维建立物理模型的力。（二）过程与方法通过认识科学家在了解自然的过程中常用的科学方法，培养学生善用类比方法、理想化方法、实验方法等物理学习方法。（三）情感态度与价值观通过对库仑定律探究过程的讨论，使学生掌握科学的探究方法，激发学生对科学的热三、教学重难点（一）重点对库仑定律的理解（二）难点对库仑定律发现过程的探讨。四、学情分析学生在高一已经学习了万有引力的基本知识，为过渡到本节的学习起着铺垫作用，学生已具备了一定的探究能力、逻辑思维能力及推理演算能力。能在老师指导下通过观察、思考，发现一些问题和解决问题五、课前准备学生准备展示学案上预习的情况，老师准备必要的课件六、教学方法比较库仑定律与万有引力定律的异同。七、课时安排1课时八、教学过程1 教师演示1.1-6的实验2 .学生注意观察小球偏角的变化以及引起这一变化的原因。杞一卒店證电的的体放血人处，另把一卒酋电的軽旳小以矗血址長上.丸簷秋扈氏也、（au-a）.电荷柞阳力的大M入通辻我询A2fi柏的倉度显示出蛊饰卜竝不周位$叶虫81僞青豎直方轲的剧度可枫弗枚心球祈受力的知扎再把小賊蛊和卜1JL壇丈以诚冷言附帝妁tirt.Ittt小鑼爱力大小的变化.3. 通过对实验现象的定性分析得到：电荷之间的作用力随电荷量的增大而增大，随距离的增大而减小。4. 法国物理学家库仑，用实验研究了电荷间相互作用的电力，这就是库仑定律。内容：真空中的两个点电荷之间的作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。表达式：k叫静电力常量，k=9X109N1WC2。5. 介绍点电荷： 不考虑大小和电荷的具体分布，可视为集中于一点的电荷。 点电荷是一种理想化模型。 介绍把带电体处理为点电荷的条件：带电体间的距离比它们自身的大小大得多，带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时。6任意带电体所受的力可以看作是多个点电荷所受力的合力。7.库仑定律与万有引力定律（计算下题）试比较电子和质子间的静电引力和万有引力。已知电子的质量mi=9.10X10-3ikg，质子的质量m=1.67X10-27kg，电子和质子的电荷量都是1.60X10-19C。分析：这个问题不用分别计算电子和质子间的静电引力和万有引力，而是列公式，化简之后,再求解。解：电子和质子间的静电引力和万有引力分别是：kQiQ?Qm1*m2=2.3X1039F_9.0X109X1.60XIO-19X1.60XIO-196.67x1Q-11x9.10x1Q-31x1.67x1Q-27（回答“思考与讨论”）可以看出：万有引力公式和库仑定律公式在表面上很相似，表述的都是力，这是相同之处；它们的实质区别是：首先万有引力公式计算出的力只能是相互吸引的力，绝没有相排斥的力。其次，由计算结果看出，电子和质子间的万有引力比它们之间的静电引力小的很多，因此在研究微观带电粒子间的相互作用时，主要考虑静电力，万有引力虽然存在，但相比之下非常小，所以可忽略不计。九、板书设计1库仑定律a. 内容：真空中的两个点电荷之间的作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。b. 表达式：2.点电荷a. 不考虑大小和电荷的具体分布，可视为集中于一点的电荷。b. 点电荷是一种理想化模型。c介绍把带电体处理为点电荷的条件：带电体间的距离比它们自身的大小大得多，带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时。十、教学反思1为突破重难点应讲清库仑定律及适用条件，说明库仑力符合力的特征，遵守牛顿第三定律。2为定性演示库仑定律，应使带电小球表面光滑，防止尖端放电，支架应选绝缘性能好的，空气要干燥3说清K的单位由公式中各量单位确定，其数值则由实验确定。