人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行5 相对论时空观与牛顿力学的局限性教学设计

这是一份人教版 (2019)必修 第二册第七章 万有引力与宇宙航行5 相对论时空观与牛顿力学的局限性教学设计，共10页。教案主要包含了牛顿力学时空观，相对论时空观，牛顿力学的成就与局限性等内容，欢迎下载使用。
课 题
人教版高中物理·必修·第二册
第七章第5节 相对论时空观与牛顿力学的局限性
课 型
新授课☑ 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
授课时间
教学内容分析
课标要求：
（1）通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性,新的理论会不断完善和补充旧的理论,人类对科学的认识是无止境的.
（2）通过对牛顿力学适用范围的讨论,使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围,认识知识的变化性和无穷性,培养献身于科学的时代精神。
教材分析：
牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域,包括天体力学的研究中,经受了实践的检验,取得了巨大的成就.但是,像一切科学一样,牛顿力学也有自己的局限性.当物体的运动速度远小于真空中的光速时,牛顿力学完全适用.20世纪初,著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论.狭义相对论阐述物体在以接近光的速度运动时所遵从的规律,它得出了一些不同于牛顿力学的观念和结论.牛顿力学不适用于高速运动问题,并且牛顿力学对微观粒子的运动也束手无策.量子力学能够正确描述微观粒子运动的规律性,并在现代科技中发挥了重要作用.牛顿力学的适用范围:低速、宏观物体的运动;量子力学的研究对象:高速、微观物体的运动。
学情分析
知识储备： 本节主要学习相对论时空观与牛顿力学的成就与局限性.这两个方面的具体内容都不要求学生掌握,但是学过本节之后,学生会知道尽管前面已经体会到了万有引力的辉煌成就,但它没有穷尽一切真理,在新的领域还有新的规律等待我们去发现.
能力基础：从相对论时空观中,教材提到牛顿力学的相对运动问题,学生已经掌握了牛顿运动定律的相关知识，可以在此基础上深入讲解.
思维能力：“科学漫步”中的“宇宙的起源与演化”和“恒星的演化”是为了激励学生对未来的探索,它的目的同样在于情感态度与价值观的教育功能。进一步拓展学生的思维能力。
核心素养
物理观念：了解相对论-量子论的建立对人类深入认识客观世界的作用，知道物理学改变人们世界观的作用。
科学思维：经历科学家建立相对论和量子论的思维探索过程，认识科学思维的意义。
科学探究：通过阅读课文体会一切科学都有自己的局限性，新的理论会不断完善和补充旧的理论，人类对科学的认识是无止境的。
科学态度与责任：通过对牛顿力学适用范围的讨论，使学生知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性，培养献身于科学的时代精神。
教学准备
PPT课件
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
活动一：导入新课
（一）检测导学案完成情况
1.检查导学案
2.小组讨论导学案复习内容。
（1）查看学生导学案完成情况；
（2）必要时选讲导学案上学生易错的内容进行讲解。
（1）小组长反馈导学案完成情况
（2）组员合作完成导学案相应内容。
（1）对导学案完成小组评分；
（2）表扬完成优秀的同学；
（3）鼓励学生努力学习。
（二）展示学习目标
1．知道以牛顿运动定律为基础的经典力学的适用范围。
2．知道相对论、量子力学和经典力学的关系。
3．通过对牛顿力学适用范围的讨论，知道物理中的结论和规律一般都有其适用范围，认识知识的变化性和无穷性。
让学生 明确学习目标，做到有的放矢；
课后根据目标，学生自我评价得失情况。
（三）创设情境,引发思考,导入新课
新课引入
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更是树立了人们对牛顿物理学的尊敬。
引导学生思考，通过前面的学习，我们知道从天体的运动到地面上的各种物体的运动，从大气的流动到地壳的变动，所有这些都服从经典力学规律。那么，是不是任何情境下都遵从经典力学的规律呢？
学生回顾已学知识并思考
1、通过问题引发学生的思考从而引起学生学习的兴趣，根据学生学习的兴趣情况进行评价
活动二：新课教学
（一）牛顿力学时空观
牛顿力学时空观
时间与空间都是独立于物体及其运动而存在的。这种绝对时空观，也叫牛顿力学时空观。
在牛顿力学时空观里，时间像一条看不见的“长河”，均匀地自行流逝着，空间像一个广阔无边的房间，它们都不影响物体及其运动。所以不管选什么参考系，不管物体怎么运动，物体的时间、长度、质量等等的测量结果肯定是一样的。
引导学生思考下面的问题
思考1：若河中的水以相对于岸的速度v水岸流动，河中的船以相对于水的速度v船水顺流而下，则船相对于岸的速度v船岸如何表示？
思考2：设想人类可以利用飞船以0.2c的速度进行星际航行。若飞船向正前方的某一星球发射一束激光，该星球上的观察者测量到的激光的速度是否为1.2c？
出示图片：飞船向正前方的某一星球发射一束激光
1、阅读课文了解牛顿力学时空观
2、回答老师提出的问题v船岸＝v船水＋v水岸
学生思考回答问题的答案似乎应为1.2c，然而，事实并非如此！因为经典力学不再适用。经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题，要解决这一问题就需要用到相对论时空观。
2、根据学生回答问题情况进行点评，指出牛顿力学时空观的应用范围。
3、通过学生对问题的回答和思考，了解经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题
（二）相对论时空观
相对论时空观
1、爱因斯坦的两个假设
（1）相对性原理：在不同的惯性参考系中，物理规律的形式都是相同的；表明在任何惯性系中研究某个物体的某一运动过程，其运动规律形式不变。
（2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中大小都是相同的。表明了经典时空观与相对论时空观的不同。
2．相对论时空观的内容
认为时间和空间是相互联系、相互影响的，并且与物质的存在及运动有关。
3、时间延缓效应
如果相当于地面以v运动的惯性参考系上的人观察到与其一起运动的物体完成某个动作的时间间隔为Δτ，地面上的人观察到该物体在同一地点完成这个动作的时间间隔为Δt，则
由于1－Δτ，此种情况称为时间延缓效应。
4、长度收缩效应
如果与杆相对静止的人测得杆长是l0，沿着杆的方向，以v相对杆运动的人测得杆长是l，那么两者之间的关系是
由于1－