《高中物理 第6章 經(jīng)典力學(xué)與現(xiàn)代物理 6.2 狹義相對(duì)論的基本原理教案 滬科版必修2》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中物理 第6章 經(jīng)典力學(xué)與現(xiàn)代物理 6.2 狹義相對(duì)論的基本原理教案 滬科版必修2(3頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、
6.2 狹義相對(duì)論的基本原理
教研中心
教學(xué)指導(dǎo)
一、課標(biāo)要求
1.通過學(xué)生熟悉的物理事例讓學(xué)生理解經(jīng)典力學(xué)中的時(shí)空觀(絕對(duì)時(shí)空觀).
2.通過對(duì)追光問題的思考,結(jié)合伽利略相對(duì)性原理提出慣性系的概念,從對(duì)實(shí)際問題的研究中發(fā)現(xiàn)并思考問題.
3.了解狹義相對(duì)論兩個(gè)基本公設(shè)的產(chǎn)生基礎(chǔ),它與經(jīng)典時(shí)空觀的矛盾,知道愛因斯坦就是在解決這一矛盾的過程中提出了狹義相對(duì)論.
二、教學(xué)建議
1.在介紹經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀時(shí)應(yīng)該使學(xué)生明白這種時(shí)空觀特點(diǎn)是時(shí)間和空間是分離的、絕對(duì)的,與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式無關(guān),而得出這些觀點(diǎn)的主要渠道是直覺和經(jīng)驗(yàn).在教學(xué)中應(yīng)該注意到這種時(shí)空觀已經(jīng)被學(xué)生所接受,不能急著
2、說這種觀點(diǎn)不正確,相反可以肯定這些觀點(diǎn)對(duì)于跑動(dòng)、乘車甚至于乘坐高速運(yùn)動(dòng)的火箭的觀察者來說,時(shí)間和空間都是統(tǒng)一的.
2.追光問題的思考在本節(jié)中的地位相當(dāng)重要,教學(xué)中可以運(yùn)用所學(xué)過的知識(shí)作簡(jiǎn)要的分析和說明,可以組織學(xué)生討論、設(shè)想、相互評(píng)價(jià),沒有必要涉及更深的理論,但應(yīng)該使學(xué)生知道兩種結(jié)論似乎都不能令人滿意.這也就提出了問題,科學(xué)家是怎樣尋求答案的.
3.伽利略相對(duì)性原理中首先提出了慣性系的概念,指出了慣性系中的力學(xué)規(guī)律都相同,所有的慣性系都等價(jià).在教學(xué)中應(yīng)該處理好教材中給出的討論題,可以讓學(xué)生討論出在三種情況下得到三種不同的結(jié)果,都與“光速不變”產(chǎn)生矛盾,而“光速不變”這一結(jié)論只能用“大量的事
3、實(shí)證明”來直接告訴學(xué)生.
4.狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本公設(shè)的提出,是針對(duì)伽利略的相對(duì)性原理與光速不變這一事實(shí)發(fā)生矛盾時(shí),愛因斯坦在尋求二者的統(tǒng)一.在教學(xué)中應(yīng)該把重點(diǎn)放在介紹愛因斯坦超人的智慧和獨(dú)特的思維方式上,在要求上只能作為科普知識(shí),沒有必要作過多的要求.
5.狹義相對(duì)論的相關(guān)知識(shí)很多學(xué)生只是了解一點(diǎn)點(diǎn),本節(jié)教學(xué)中可以讓學(xué)生相互交流、討論,可以介紹一點(diǎn)有關(guān)狹義相對(duì)論的小故事,目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,但不能過多地討論.
資源參考
用伽利略相對(duì)性原理求解“為什么會(huì)擊中”的問題
此類問題在力學(xué)中是非常有趣的問題,很易用實(shí)驗(yàn)證實(shí),既是老問題,又是新問題.
在均勻的引力場(chǎng)中,
4、若忽略空氣阻力,槍瞄準(zhǔn)吊在高處B的蘋果A,往往都擊中.若A在開始射擊的時(shí)刻同時(shí)自由落下,只要子彈的速度足夠大,如圖1,都能擊中,可用牛頓力學(xué)來求解.最近,Kalotas等人指出,此種解答不能給出直觀的結(jié)果,而用另一種方法求解,即愛因斯坦等效性原理(Ep)、且考慮蘋果A在豎直方向自由下落.在這構(gòu)想中,除了應(yīng)用愛因斯坦等效性原理外,還采用連接在自由下落蘋果A和子彈上的參考系(非慣性系),引入一虛構(gòu)的達(dá)朗伯力作用于子彈和蘋果上,抵消引力,這樣在子彈和蘋果上不存在凈力,即合力為零,子彈直線運(yùn)動(dòng)擊中固定不動(dòng)的蘋果A.雖然此種方法能給學(xué)生良好的直觀感覺,但很難理解,在非慣性系中引入達(dá)朗伯力,就不易接受.
5、
圖1
現(xiàn)在,也是本文主要談的,用伽利略的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究擊中下落蘋果的問題,在歷史上和概念上都優(yōu)越于牛頓力學(xué).此種方法能方便地、直觀地解決此類問題,也能解決兩物體(如導(dǎo)彈等)在空中相碰的問題.
伽利略的運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理:運(yùn)動(dòng)物體在以恒定速度相對(duì)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中的物理規(guī)律是相同的,即所有的慣性系都是等價(jià)的.令S是慣性參考系,原點(diǎn)為B,考慮一個(gè)想象的參考點(diǎn)R在射擊初始時(shí)刻(t=0)以子彈的速度運(yùn)動(dòng),以R為原點(diǎn)建立一慣性系S′.因此,S′相對(duì)于S以恒定速度(v0,θ0)直線運(yùn)動(dòng),如圖2,在S′慣性參考系上觀察,t=0時(shí),子彈D開始從原點(diǎn)R由靜止自由下落,因此在任意時(shí)刻t,離原點(diǎn)R的距
6、離為gt2,因?yàn)樵谒袘T性系中,時(shí)間間隔和空間間隔都是同樣的,則在S中觀察,在任意時(shí)刻t,子彈D離原點(diǎn)R的距離仍是gt2.
圖2
現(xiàn)考慮時(shí)刻t1,R運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),在S中,蘋果在t1期間從靜止下落,因此離原點(diǎn)的距離為gt12,因?yàn)镽和B在t1相遇,子彈D和蘋果A必在同一點(diǎn)相遇,如圖3.即相遇在R和B的下面gt12的地方.值得注意的是這種論證法不用計(jì)算,顯得簡(jiǎn)單和直觀,可以這樣說:在R運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間間隔內(nèi),自由下落的距離是gt12,與速度v0無關(guān).這里的重要點(diǎn)是在S′中的子彈D和在S中的蘋果A同時(shí)地從原點(diǎn)由靜止開始自由下落,從運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性來看,應(yīng)認(rèn)為在慣性系中自由下落是同樣的,因此當(dāng)
7、兩個(gè)原點(diǎn)R和B相重合時(shí),子彈D和蘋果A必在同一點(diǎn).
圖3
同樣的考慮可用于空中截?fù)裟繕?biāo)的舉例,如圖4,兩個(gè)拋射體(如炮彈、導(dǎo)彈、火箭等)同時(shí)從同樣高度射擊,初速分別為v01和v02,如前所說,假設(shè)每個(gè)拋射體在慣性系中有它自己的參考點(diǎn),在空中相遇的條件為:
v01sinθ01=v02sinθ02①
圖4
它們?cè)谕粫r(shí)刻在R′相遇,當(dāng)然,同樣的結(jié)果也可在實(shí)驗(yàn)室參考系中求得,此時(shí),只要認(rèn)為兩個(gè)拋射體的初速的Y分量相等,即滿足①式就可,此時(shí)兩個(gè)拋射體在同樣高度相遇.
總之,本文談的方法是簡(jiǎn)單、直觀的,只應(yīng)用伽利略的運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理、采用常用的慣性系和應(yīng)用簡(jiǎn)單的自由落體公式,就求得滿意的結(jié)果.按現(xiàn)編的大學(xué)普通物理力學(xué)教材介紹的方法,要解決此類問題,必然應(yīng)用斜拋公式、自由落體公式和某些幾何條件,顯得麻煩些,且不直觀.
6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375