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1、2022年高中物理 《牛頓眼中的世界》教案 魯科版選修3-4
一、知識與技能
⒈理解經(jīng)典的相對性原理以及光的傳播與經(jīng)典的速度合成法則之間的矛盾。
⒉理解狹義相對論的基本假設(shè)。
二、過程與方法
⒈通過學(xué)習(xí)，提高分析物理現(xiàn)象與定理定律矛盾的能力。
三、情感、態(tài)度與價值觀
⒈通過對本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，認(rèn)識科學(xué)假設(shè)在科學(xué)發(fā)現(xiàn)上的重要作用，進(jìn)一步理解邏輯推理的力量。
四、教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn)：狹義相對論的兩個基本假設(shè)。
難點(diǎn)：光速不變原理。
五、教學(xué)用具
課件
六、教學(xué)過程
㈠引入新課
請同學(xué)們回憶一下什么是慣性系？什么是非慣性系？舉例說明。
牛頓運(yùn)動定律能夠成立的參考系叫慣性系
2、，勻速運(yùn)動的汽車輪船等作為參考系就是慣性系。牛頓運(yùn)動定律不成立的參考系稱為非慣性系。例如我們坐在加速的車廂里，以車廂為參考系觀察路邊的樹木房屋向后方加速運(yùn)動，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律，房屋樹木應(yīng)該受到不為零的合外力作用，但事實(shí)上沒有，也就是牛頓運(yùn)動定律不成立.這里加速的車廂就是非慣性系。
很好，根據(jù)慣性系的概念，不難推出，相對于一個慣性系做勻速運(yùn)動的另一個參考系也是慣性系。
㈡進(jìn)行新課
⒈經(jīng)典的相對性原理
下面我們來研究一個簡單的力學(xué)問題。（投影問題）
如圖，在列車車廂的光滑水平面上有一個質(zhì)量為m=0.5 kg的小球，正隨車廂一起以20 m/s的速度勻速前進(jìn).現(xiàn)在給小球一個水平向前的F=5
3、N的拉力作用，求經(jīng)10 s時，車廂里的觀察者和地面的觀察者看到小球的速度分別是多少？
學(xué)生分析：對車上的觀察者
物體初速度v0=0，加速度a=F/m=10 m/s2，10 s時速度v1=at=10 m/s
對地上的觀察者
方法一：物體初速度v0=20 m/s
加速度相同a=F/m=10 m/s2，10 s末速度v2=v0+at=30 m/s
方法二：根據(jù)速度合成法則
v2=v1+v0=（10+20） m/s=30 m/s
通過這個例子大家看到，在兩個慣性系中，雖然觀察到的結(jié)果并不相同，一個是10 m/s,另一個是30 m/s，但我們卻應(yīng)用了同樣的運(yùn)動定律和速度合成法則，也就是說
4、，我們相信：力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的。這就是伽利略相對性原理。在一個慣性參考系內(nèi)的任何力學(xué)實(shí)驗都無法判斷這個參考系是否相對于另一個參考系做勻速運(yùn)動或者說任何參考系都是平權(quán)的。
（教師還可引導(dǎo)學(xué)生舉例說明相對性原理，并進(jìn)行討論）
⒉相對性原理與電磁規(guī)律
請大家看課本圖，考慮幾個問題：
⑴參考系O′相對于參考系O靜止時，人看到的光速應(yīng)是多少？
⑵參考系O′相對于參考系O以速度v向右運(yùn)動，人看到的光速應(yīng)是多少？
⑶參考系O′相對于參考系O以速度v向左運(yùn)動，人看到的光速又是多少？
第一種情況人看到的光速應(yīng)是c，第二種情況應(yīng)是c+v，第三種情況應(yīng)是c-v。
說說你們判斷依據(jù)。根據(jù)
5、速度合成的法則。
大家認(rèn)為對嗎？（學(xué)生一致認(rèn)為正確）
如果這個法則有問題呢？（學(xué)生沉默）
實(shí)踐是檢驗真理的標(biāo)準(zhǔn)，我們是不是可以通過實(shí)驗來檢驗?zāi)?？回答是肯定的，這就是著名的麥克爾遜測定光速的實(shí)驗，同學(xué)們應(yīng)該有印象。
不論光源和觀察者怎樣運(yùn)動，光速都是相同的。
這與我們從速度合成法則推導(dǎo)的結(jié)論發(fā)生了矛盾.問題出在哪里呢？
⒊狹義相對論的兩個基本假設(shè)
這一矛盾，不僅對我們的推理給予否定，還對麥克斯韋電磁場理論提出了挑戰(zhàn)：要么否定特殊參考系O的存在，要么放棄麥克斯韋電磁場理論.愛因斯坦選擇了后者，提出了兩條假設(shè)：（投影）
⑴在不同的慣性系中，一切物理規(guī)律都是相同的。（愛因斯坦相對性原理
6、）
⑵真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的。（光速不變原理）
為什么這兩個結(jié)論被稱為假設(shè)呢？
雖然這兩個假設(shè)可以由麥克爾遜實(shí)驗直接推出，但這畢竟是有限的幾次實(shí)驗，只有用這個假設(shè)得出大量的結(jié)論與事實(shí)相符時，它們才能成為真正意義上的原理，這才是科學(xué)的態(tài)度。
㈢課堂小結(jié)
⒈本節(jié)課我們通過復(fù)習(xí)慣性系概念，理解了經(jīng)典的相對性原理。
⒉通過光速實(shí)驗引起的困難，理解了光的傳播與經(jīng)典理論的矛盾。
⒊學(xué)習(xí)了狹義相對論的兩個基本假設(shè)。
七、布置作業(yè)
⒈復(fù)習(xí)課文，預(yù)習(xí)下一節(jié)課的內(nèi)容。
⒉書面作業(yè)：課本第121頁中作業(yè)的第2、3、4題。
⒊完成導(dǎo)與練中相應(yīng)的練習(xí)。
八、板書設(shè)計
略
九、課后記
2022年高中物理 《牛頓眼中的世界》教案 魯科版選修3-4
