2019-2020年高中物理 《電磁場理論引發(fā)的怪異問題》教案 滬科版選修3-4.doc
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2019-2020年高中物理 電磁場理論引發(fā)的怪異問題教案 滬科版選修3-4【教學(xué)目標(biāo)】(一)知識與技能(1)了解相對論誕生的歷史背景,知道麥克耳孫一莫雷實驗(2)了解經(jīng)典的相對性原理(伽利略相對性原理)(3)進一步認識經(jīng)典電磁理論的缺陷(二)過程與方法(1)了解對經(jīng)典物理學(xué)內(nèi)部矛盾的探索過程(2)理解愛因斯坦對電磁現(xiàn)象的科學(xué)探究思想方法和發(fā)現(xiàn)(三)情感、態(tài)度與價值觀通過對本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí),認識科學(xué)假設(shè)在科學(xué)發(fā)現(xiàn)上的重要作用,進一步理解邏輯推理的力量。【學(xué)情分析】學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了經(jīng)典物理學(xué)的絕大部分基本知識,已經(jīng)習(xí)慣了在經(jīng)典時空觀下思考問題,對教材介紹的實驗理解,已有相關(guān)知識的支持。學(xué)習(xí)的難點在于新問題新結(jié)論的得出,因此教學(xué)中應(yīng)注意把教學(xué)重點放在,邏輯推理的基礎(chǔ)和邏輯推理的過程上?!窘虒W(xué)思路】通過在具體實例中提出問題、揭示矛盾、引發(fā)學(xué)生思考,然后通過相對論假設(shè)進行邏輯推理,得出結(jié)論。【教學(xué)重點】1、明確狹義相對論的一個重要的理論基礎(chǔ)邁克爾孫-莫雷實驗2、了解愛因斯坦的探究及發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)存在問題的癥結(jié)在于運動學(xué)的基本概念上?!窘虒W(xué)難點】通過實驗探究和理論分析,發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)(從電磁學(xué)入手)存在的問題?!窘虒W(xué)方法】講授法+自主學(xué)習(xí)法【教學(xué)過程】新課引入:19世紀后半葉,電磁理論已被證實是正確的,并確認光是電磁波。由于當(dāng)時人們按照機械波傳播時需要介質(zhì),認為電磁波和光的傳播也需要要介質(zhì),而事實表明電磁波和光在真空中也可以傳播。在真空中是借助什么介質(zhì)傳播的呢?傳播電磁波和光的介質(zhì)一時找不到,當(dāng)時人們便接受了亞里士多德的“以太”學(xué)說,認為“以太”就是傳播電磁波和光的介質(zhì)。那么光速就應(yīng)該是光相對“以太”的速度。亞里士多德認為世界有“土、水、火、氣”四種元素組成,后來又補充了第五種元素“以太”。至于“以太”是什么物質(zhì),也是人們感到困擾的。科學(xué)發(fā)展至今,我們知道電磁波的傳播本來就不需要介質(zhì)。那么會思考:這“以太”是否存在?一、歷史上一個著名的實驗:邁克爾孫-莫雷實驗1、閱讀教材:經(jīng)典物理中的速度合成公式:P.1032、將經(jīng)典物理中的速度合成公式用于光的傳播問題:按照經(jīng)典物理理論,假定光在“以太”中的傳播速度為c,那么如果觀察者相對以太運動的話,觀察者測量的光速將不會是c。如果觀察者順著光的方向運動,測量的光速將會比c??;如果觀察者逆著光的方向運動,測量的光速將會比c大。3、邁克爾孫-莫雷實驗1886年,邁克爾孫-莫雷實驗就是希望通過干涉現(xiàn)象探尋以太相對地球是如何運動的而設(shè)計的一個實驗:如果“以太”相對地面運動,那么在干涉儀旋轉(zhuǎn)一周的過程中,將會看到干涉條紋的移動。因為光在不同方向的傳播速度會有所不同。實驗結(jié)果:在水平面上轉(zhuǎn)動干涉儀的過程中,沒有觀察到干涉條紋預(yù)期的移動。這就是說:地球相對以太的速度v實際上等于零,或者說以太不存在;光速c是不變的。此即所謂邁克爾孫-莫雷實驗的“以太漂移的零結(jié)果”。此后的50年中,有11位科學(xué)家發(fā)表了13份精確的實驗數(shù)據(jù),都得到了“以太漂移的零結(jié)果”這是光速不變和以太不存在的判定性實驗。4、分析論證:光在任何方向上,相對地球的傳播速度都是相同的。據(jù)此科學(xué)家認為,要么“以太”本身就不存在,要么“以太”存在但它相對地球是靜止的。但事實表明“以太”本身是不存在的,因為人們在測量太陽光的光速與地面上的光源發(fā)出的光的光速也是相同的,因此否定了后一種假設(shè)。二、經(jīng)典電磁理論的“缺陷”1、伽利略相對性原理:力學(xué)規(guī)律在任何慣性系中都是相同的,即任何慣性參考系都是平權(quán)的(即等價的)。什么是慣性系?什么是非慣性系? 牛頓運動定律能夠成立的參考系叫慣性系,牛頓運動定律不成立的參考系稱為非慣性系。通常我們認為地球是一個很好的慣性系。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動的另一個參考系也是慣性系。如我們坐在勻速運動的汽車輪船里,觀察物體的運動時,汽車輪船作為參考系都是慣性系。相反,如果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動,根據(jù)牛頓運動定律,房屋樹木應(yīng)該受到不為零的合外力作用,但事實上沒有,也就是牛頓運動定律不成立。這里加速的車廂就是非慣性系。2、伽利略相對性原理:對于力學(xué)規(guī)律來說,一切慣性系都是等價的。3、愛因斯坦認為,在不同的慣性系中,一切物理規(guī)律(包括電磁規(guī)律)都應(yīng)該的是相同的。即對于所有物理規(guī)律,一切慣性系都是等價的。但電磁規(guī)律在不同的慣性系中,卻表現(xiàn)出不同的結(jié)論。正如愛因斯坦對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的思考:如右圖所示,我們知道,當(dāng)磁體相對導(dǎo)體閉合回路運動時回路中就產(chǎn)生感應(yīng)電流,不管是磁體運動還是回路運動。但從磁體看,肯定沒有電場;可是從導(dǎo)體回路看卻肯定沒有磁場。因此應(yīng)該從整體上認識電場和磁場。同時愛因斯坦認為把力學(xué)中的速度公式用于電磁場問題,這也是值得懷疑的。經(jīng)過若干年的探索之后,他才發(fā)現(xiàn)其原因在于運動學(xué)一些基本概念的任意性上即我們過去的時空觀存在問題。【課堂練習(xí)】1、“以太”存在嗎?你通過學(xué)習(xí),說明為什么存在或不存在?2、什么是“伽利略相對性原理”?愛因斯坦對它進行了推廣,提出了什么看法?3、愛因斯坦經(jīng)過多年探索,發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)遇到的不能解決的問題,其原因在哪里? 答案請同學(xué)在教材后在教材上尋找【課堂小結(jié)】通過學(xué)習(xí)我們知道了: 1、“以太”不存在; 2、光速不會隨參考系而發(fā)生變化,即光速不變; 3、得到以上兩個結(jié)論的基礎(chǔ)是實驗:邁克耳-莫雷實驗以及一些測定光速的實驗。 4、愛因斯坦經(jīng)過多年的探索和深邃的思考,發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)的時空觀存在問題?!炯彝プ鳂I(yè)與活動】思考與討論:P.104 家庭作業(yè)與活動1、2、3- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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