了解相對論 獲獎教學(xué)設(shè)計

了解相對論教學(xué)設(shè)計（高中物理必修1教科版第五章第二節(jié)）首都師范大學(xué)附屬密云中學(xué)肖小春羅友良一、設(shè)計思想：根據(jù)高中物理教學(xué)過程的特點之一——突出探究和信息技術(shù)與高中物理教學(xué)整合的理念，進(jìn)行整體設(shè)計。“相對論”是現(xiàn)代物理的兩大支柱之一。教學(xué)策略：采用探究式的教學(xué)方法。對于狹義相對論中五個主要的效應(yīng)，主要從學(xué)生經(jīng)常在生活中聽到一些難以解釋的現(xiàn)象，采用探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)方式。然后介紹了愛因斯坦的生平及他的科學(xué)思想和科學(xué)研究方法，對學(xué)生進(jìn)行情感態(tài)度和價值觀的培養(yǎng)。最后用兩幅片簡要介紹廣義相對論的點滴。對于狹義相對論，主要采用情景學(xué)習(xí)方式。首先指出由于經(jīng)典力學(xué)運動領(lǐng)域失效，取代經(jīng)典力學(xué)的是相對論。指出狹義相對論得出一系列不同于經(jīng)典力學(xué)的結(jié)果。然后分別介紹這些結(jié)果。重點介紹運動物體長度會收縮，可按圖5-2-5來說明。并參照了課本91頁發(fā)展空間的課外閱讀。接著介紹了運動時間變慢。對于物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大，給出公式并結(jié)合圖5-2-2來講解。質(zhì)能關(guān)系E=mc2，介紹一下它在原子核能利用中所起的作用。說明任何物體運動的速度不能超過光速。介紹愛因斯坦科學(xué)探究過程和廣義相對論點滴。廣義相對論提及當(dāng)光線通過強(qiáng)引力場，光線在引力場中會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖5-2-3所示。要說明，在通常情況下光線是走直線的，發(fā)生偏轉(zhuǎn)不是由于受到力的作用，而是由于引力場使時空彎曲了。所以說，在引力場中的時空是彎曲的，如圖5-2-4所示。學(xué)習(xí)任務(wù)分析這一節(jié)屬于知識介紹性質(zhì)，目的在于拓展學(xué)生的知識視野，只要求學(xué)生知道或了解，不要求學(xué)生理解及掌握。愛因斯坦創(chuàng)立的相對論是關(guān)于物質(zhì)運動與時間空間關(guān)系的理論，它建立了物理學(xué)中新的時空觀和給出了物體做高速運動時的運動規(guī)律。本節(jié)由“狹義相對論”和“廣義相對論點滴”兩部分組成，內(nèi)容設(shè)置上體現(xiàn)了教學(xué)基本理念。它采用了探究式的教學(xué)方法：狹義相對論中五個主要的效應(yīng)是傳統(tǒng)的經(jīng)典力學(xué)無法解釋的，他激發(fā)了學(xué)生的探索與大膽的猜想。（1）教學(xué)重點理解狹義相對論的五個效應(yīng)（2）教學(xué)難點知道廣義相對論的點滴2、學(xué)習(xí)者分析在設(shè)計本課之前考慮到面對的是高一年級的學(xué)生，這個年齡段的學(xué)生已經(jīng)擁有一定的探究能力和科學(xué)想象能力，但是容易受到傳統(tǒng)的觀念的束縛。3、教學(xué)目標(biāo)（1）知識與技能1.知道物體運動在接近光速時的現(xiàn)象，需要狹義相對論理論解釋；在引力很強(qiáng)的大尺度范圍時，遵循廣義相對論。2.知道狹義相對論中的尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)，及質(zhì)量隨運動速度增大而增大。（2）過程與方法1.知道經(jīng)典力學(xué)是相對論力學(xué)在低速情況下的近似2.通過學(xué)生自主探究與想象來理解狹義相對論的效應(yīng)，初步掌握高中物理中常見的基本問題的處理方法，如理想化的方法、科學(xué)推理的方法等。（3）情感態(tài)度與價值觀1.知道認(rèn)識世界，把時間、空間與物質(zhì)運動聯(lián)系起來，從而克服了經(jīng)典力學(xué)的局限性。2.對客觀事物的正確認(rèn)識需要人們由表及里，由片面到全面，由孤立到聯(lián)系的過程。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生建立正確的認(rèn)識論的觀點，同時體會人們認(rèn)識世界的循序漸進(jìn)和長期性。4、教學(xué)準(zhǔn)備計算機(jī)多媒體教學(xué)系統(tǒng)、有關(guān)網(wǎng)站下載的圖片資料等。5、板書設(shè)計第二節(jié)了解相對論第二節(jié)了解相對論愛因斯坦：1、狹義相對論（1）重點介紹運動物體長度會收縮（2）運動時間變慢。（3）物體的質(zhì)量隨速度的增大而增大（4）質(zhì)能關(guān)系E=mc2。（5）任何物體運動的速度不能超過光速。2、廣義相對論（1）光線彎（2）時空彎曲6、教學(xué)過程設(shè)計（1）具體的教學(xué)過程導(dǎo)入新課：把一根長于門的桿，如果要豎著過，能通過去嗎？什么樣的方法可以通過去？生：思考討論。師：運功長度會收縮。V=0V=0V=0.5cV=0.9cV=0V=0.5cV=0.9cV=0V=0.5cV=0.9cV=0V=0.5cV=0.9c圖5-2-6請同學(xué)們思考：當(dāng)火車以不同速度運動時，火車上的人觀測站臺上的物體長度，結(jié)果應(yīng)如何呢？生：當(dāng)火車v=0時，站臺上的人測出該物體的長度為l0當(dāng)火車v=時，站臺上的人測出該物體的長度為當(dāng)火車v=時，站臺上的人測出該物體的長度為當(dāng)火車運動速度接近光速時，站臺上的人測出該物體的長度接近0。師：兩個孿生兄弟，一個在地球上，一個乘著宇宙飛船以接近光速的速度飛進(jìn)太空，幾十年后，地球上的白發(fā)蒼蒼，宇宙飛船上的還是黑發(fā)，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？意圖：展現(xiàn)矛盾，激發(fā)興趣。生：時間延緩師：物體質(zhì)量隨速度v的增大會怎樣變化呢？生：質(zhì)量變大師：探討一下為什么原子彈爆炸能產(chǎn)生很大的威力？而相同質(zhì)量的煤燃燒卻不能產(chǎn)生那么巨大的能量？學(xué)生談?wù)摚瑥亩某鲑|(zhì)量m和能量E之間存在著一個相互聯(lián)系的關(guān)系式：E=mc2，稱為質(zhì)能關(guān)系，式中c是光速。正是這個質(zhì)能關(guān)系為人類利用原子核能奠定了理論基礎(chǔ)。師：任何物體的速度不能超過光速c。廣義相對論的觀點