相对论教学设计.doc

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1、时间和空间的相对性(第一课时)教材分析:本节课是选修3-4相对论简介的第二节，该小节分两课时进行教学，第一课时向学生介绍狭义相对论关于时空相对性的主要结论，第二课时介绍时空相对性的验证和相对论的时空观。教科书以少数不深奥、不难懂的原理，通过可信的逻辑、演绎推理得到如此简洁、和谐的几个重要结论，并被实验观测所证实。下面针对第一课时设计内容学生分析:相对论的基本概念建立在四维时空基础上，对一般中学生很难理解。学生是否学过狭义相对论对于以后的日常生活没有影响，甚至大多数技术工作也没有关系。这节课的目的是加强学生对科学方法、科学意义的认识。科学猜想或

2、者说非逻辑的思维在科学发现的过程中，甚至在认识日常生活的事物中都起着决定性的作用。面对一个问题，经过逻辑推理，作出合理的假设，这才是物理的思维方式，学生要学习把握创新的思维方法。另外，学生缺少较多的高等数学知识，许多结论都要直接给出。设计思想:相对论关于时空的几个结论，和日常经验有很大差别，每个结论要根据场景设计不同的角度、方向反复体会。教学目标（一）知识与技能1．理解“同时”的相对性。2．通过推理，知道时间间隔的相对性和长度的相对性。（二）过程与方法1．通过时间间隔相对性和长度相对性的推导，培养逻辑推理能力。（三）情感、态度与价值观培养学生

3、对逻辑推理形成的结论要有一个科学的接受态度。教学重点同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。教学难点长度相对性的思想论证教学方法在教师的引导下，通过对具体实例的分析，建立模型、形成结论、形成理论，并在应用中加以巩固。教学用具：投影仪及投影片。教学过程（一）引入新课师：爱因斯坦建立了相对论，相对论描述的时间和我们的日常经验有很大的差别，这节课让我们一起来体会。首先让我们牢牢记住相对论的两条基本假设（引导学生回忆起来，并加深印象）生（一起回答）：在不同惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；真空中的光速在不同惯性系中都是相同的。师:我们以两条

4、基本假设为前提，对一些简单现象的分析和逻辑推理，会得到一系列重要的惊人结论，并且它们都与事实很好地相符合。（二）进行新课1．“同时”的相对性师:车厢长为L，正以速度v匀速向右运动，车厢底面光滑，现有两只完全相同的小球，从车厢中点以相同的速率v0分别向前后匀速运动，（相对于车厢），投影图片和关键词（用日常经验判断）师(问)：（1）在车厢内的观察者看来，小球是否同时到达两壁？生（一起回答）:是（2）在地上的观察者看来两球是否同时到达两壁？生（不假思索，理所当然）:是师:请同学们跟着老师的表述去体验另一番场景。一列爱因斯坦火车沿着平直轨道向右匀速行

5、驶，车厢的中点有一光源发出一闪光（投影情景）师（问）:在车上的观察者看来，闪光是否同时到达前后壁?生（一起回答）:是师（追问）：在地上的观察者看来，闪光是否同时到达前后壁?生（迟疑）?师:请同学们在合作小组内交换一下自己的想法生（小组讨论进行）师：请一位同学说一下自己的想法（指定某生）该生：地面也是一个惯性参考系，根据光速不变原理，光相对地面向前、向后传播的速度是一样的，而光在传播的过程中，火车向前移动了一段距离，因而向前传播的光通过的路程要长一些，到达的时刻也要晚一些，向左传播的先到。师：说得很好。（播放动画）（追问）:火车向左运动呢？生（

6、一起回答）：向右传播的先到师:看来，在两个基本假设的前提下，得到“同时”是相对的，是自然而然的一个结论，我们还可以初步形成一个经验:对于运动的火车上同时发生的两个事件，对于地面就不是同时的经验：沿着运动方向位置靠后的先发生师:我们换个角度再来体会同时的相对性，请大家看课本P99的思考与讨论（学生先独立思考，1分钟后小组讨论交换意见）（投影情景）生：（交换意见进行）师:***同学，你的看法是?该生：A先发生（其他同学露出意见相同的神态）师(追问)：火车向右行驶呢?（投影情景）生（一起回答）：B先发生师:我们还可以形成另一经验：地面上同时发生的两

7、个事件，对于运动的火车也不是同时的经验：沿着运动方向位置靠前的先发生师：让我们暂时记住这些结论，讨论后面的问题会方便些（投影两条经验）2．长度的相对性师:刚才我们体会了同时的相对性，下面我们来体会空间长度的情景师（问）:一根杆，我把它贴着坐标尺，想要知道它的长度，大家看一下是多少？（投影情景）生（一起回答）:1.20米师（追问）：怎么得到？生：9.20-8.00师：也就是说，用“N”的坐标值减去“M”的坐标值。若杆正在向右匀速运动，下一时刻，“M”、“N”的坐标值发生了变化，怎么办？（投影情景）生：9.20-8.00或9.70-8.50师：N

8、的坐标值减去M的坐标值或“N”的坐标值减去“M”的坐标值师(追问)：如果有人用“N”的坐标值减去M的坐标值得到1.70又或者N的坐标值减去“M”的坐标值得到0.70