广东省惠阳区中山中学高中物理粤教版必修二5-2教案相对论与量子化现象

惠阳中山中学课时教案教学内容第五章主题相对论与量子化现象第1课时教学目标知识与技能（1）了解经典时空观。（2）了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论。(3)知道经典时空观与相对论时空观的主要区别。（4）初步了解微观世界中的量子化现象。(5)了解电效应现象，知道光具有波粒二象性。过程与方法（1）解读并分析教材图521和图522，了解绝对时空观与实验事实的矛盾。（2）解读并分析教材图5-2-3和图524，通过“讨论与交流”理解同时的相对性。（3）对比经典时空观的推论与相对论时空观的推论，认识经典时空观与相对论时空观的区别。（4）了解经典物理学能量连续性观点在解释“黑体辐射”现象时的失败，体会普朗克提出量子假说的伟大意义。（5）了解“光电效应”实验，体会爱因斯坦的光子说。(6)了解光的波粒二象性，使学生知道微观世界能量量子化的特征。情感态度与价值观（1）感受科学家客观求实、理性追求、批判创新的精神和富有创造性的想像力，启发学生勇于质疑，富于想象，培养思维的多向性和发散性。（2）通过了解量子论的建立和发展过程，使学生体会科学家们探求真理的无限艰辛和他们非凡的创造性思维的光芒，使学生不仅从中获取科学知识，更受到科学思维的熏陶。引导学生善于逆向思维，培养思维的灵活性、发散性和创造性。教材分析重点爱因斯坦的相对论，普朗克的量子化观点难点狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，微观世界中的量子化现象及光的波粒二象性。学情分析学生对微观世界的认识，对微观粒子的了解，可以说是几近于零，无法用已有的经典物理的观点去理解，缺乏相关知识的铺垫，因而对教学会造成相当大的困难。首先应正确地定位教学的层次和难度，对本内容要求的知识技能目标是“初步了解和知道”，在必修课程中编排现代物理的内容，目的是使学生在完成前面力学部分课程后对物理学的发展和前景有整体性了解，也是为进一步激发学生学习物理的兴趣，所以教学要求以了解为主，教学过程不做更高要求。教学流程教师活动安排学生活动安排设计意图时间内容时间内容1展示学习目标8阅读教材P，小组讨论、总结。了解学习目标1问题1：经典时空观的几个结论。3学生代表回答问题了解经典时空观2问题2：狭义相对论的两个基本假设和狭义相对论时空观的几个推论3学生代表回答问题了解狭义相对论2问题3：量子化假设8阅读教材P，学生总结回答问题了解普朗克的量子化假设观点2问题4：光电效应现象，光的波粒二象性3学生代表回答问题懂得光具有波粒二象性1引导学生小结6课堂训练目村达成检测精讲点拨1、经典时空观经典时空观是经典力学的理论基础。[讨论与交流]在匀速前进的车厢中的自由落体，相对于车厢中静止的观察者做竖直向下初速度为零的匀加速直线运动，相对于地面上静止的观察者做平抛运动。[讨论与交流](1)我们所说的匀速运动实际上是以地面为参考系，物体不受外力或者所受合外力为零时的惯性运动。(2)一个物体的运动对两个相互做匀速直线运动的惯性系来说，速度、加速度以及所遵循的力学规律都是相同的。在此基础上让学生懂得牛顿引入绝对时空观的缘由：(1)经典力学是讨论物体的运动状态及其改变的，而所有的运动都是在一定的时间、空间中进行的，机械运动是物体的位置移动，位置涉及空间概念，移动涉及速度，涉及时间概念，所以牛顿力学必定与一定的时空观相联系。(2)机械运动的描述离不开参考系，然而牛顿定律并不适用于所有的参考系(后人把牛顿定律适用的参考系叫做惯性参考系)，但是经典力学的理论框架本身并不能明确给出什么是惯性参考系，牛顿的解决办法是引入一个客观标准——绝对空间，用以判断各物体足处于静止、匀速运动还是加速运动状态。进而建立起经典时空观，而且进一步得出经典力学的几个具体结论：①同时的绝对性；②时间间隔的绝对性；③空间距离的绝对性。对经典时空观的几个具体结论，可以用以下事例来说明：(1)同时的绝对性。绝对时空观中的同时是绝对的。就是说，在两个不同地点发生的两个事件，只要对一个惯性参考系来说是同时，那无论对什么惯性参考系来说都是同时的，例如，有一辆做匀速直线运动的火车，车厢内观察者看到两个事件是同时发生的，那站在站台上的观察者也必定看到两个事件是同时发生的，反过来说也如此。(2)时间间隔的绝对性。例如一个人看到自己的手表走过一分钟，往往以为世界上所的钟和表也都同样地走过一分钟，而不管是在哪一种运动状态的钟。这就是时间间隔的绝对性。(3)空间距离的绝对性。例如一把直尺的长度，如果从某一个参考系测量它是一尺。那么，我们的日常经验会以为从任何参考系来测量它，它仍旧是一尺，而与参考系的运动状态无关。2、狭义相对论的两个基本假设结合教材图5—2—1、图5—2—2使学生理解光的传播与经典力学的矛盾，在此基础上提出爱因斯坦的狭义相对论的两个基本假设：①相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；②光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都是相同的。3、狭义相对论时空观的几个推论①“同时”的相对性是针对发生在不同地点的事件而言的。因为两个事件发生在不同地点、光信号的传递是两段不同的路程，这两个不同的过程才会相互比较。因为是两个基本点不同的地点，才会有是否同时接受到光信号的问题。如果两个事件发生在同一个地点(更准确地说是同一个点)，那这两个事件光信号的传递就是相同的过程。在这种情况下，就不可能出现先后接收到光信号的问题，同时就是绝对的，与参考系的选择无关。比如，在教材图5—2—3、5—2—4的例子中，如果我们把车厢里的前后两个门安装在一起，两个门面相贴，就像一个门的正反两面．那这两个门无论放在车厢内的什么位置，总是同时接到光信号，总是同时打开。无论车厢里的观察者，还是站台上的观察者，他们看到的都是两个门同时打开。②运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎钟的时间走得慢了。时钟飞驰得越快，钟的时间走得越慢；在与光速相等的时候，钟将似乎完全停止，时间就会停顿了。③运动的尺子缩短。在对教材图5—2—6解释时，应注意指出左图中A尺相对于B尺静止，右图中A尺相对于B尺运动，在B尺看来A尺长度缩短，尺缩和钟慢一样，是对称的．即如果A、B之间有相对运动，那么，A看B的尺缩短了，B看A的尺缩短了。这个结论表示空间的大小并不是绝对的，而是相对的。④物体质量随速度的增加而增大。爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大。⑤经典时空观与狭义相对论时空观的主要区别，如下表所示：绝对时空观狭义相对论时空观光速相对的绝对的同时绝对的相对的时间与空间与运动无关，绝对的与运动联系，相对的质量与运动无关，不变的随速度增大而增大4、黑体辐射：能量子假说的提出如果某种物体能吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，它便显示出黑色，这种物体称为黑体。而黑体吸收热量，能发生电磁辐射，这就叫“黑体辐射”。在19世纪末科学家们用经典物理学知识无法解释这一现象。而普朗克克服经典物理学对黑体辐射现象的困难，大胆提出“能量子假说”。他认为，辐射的能量仅仅在原子吸收或发射时是不连续的，一份一份的，而在传播过程中，则仍是连续的。就好象是一个人用小碗从缸里舀水，倒在水池中，水是不连续的一样。学生在阅读教材P108的基础上，让学生懂得光电效应现象是表明“光具有粒子性”。5、光的波粒二象性在微观世界中：大量光子运动产生的效果显示出波动性，个别光子运动产生的效果显示出粒子性。光在传播时显示波动性，与物质发生作用时往往显示粒子性。课堂达标1、（09高考）物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。下列表述正确的是（A）A、牛顿发现了万有引力定律B、光电效应证实了光的波动性C、洛伦兹发现了电磁感应定律D、相对论的创立表明经典力学已不再适用2、关于经典力学和相对论的关系（BC）A、相对论是对经典力学的否定B、经典力学可以认为是相对论的一个特例C、经典力学是相对论在低速情况下的近似D、相对论是在经典力学基础上的推论3、最早提出量子化观点的科学家是（D）A、惠更斯B、爱因斯坦C、麦克斯韦D、普朗克4、对光的波粒二象性的说法中，正确的是（C）A、有的光是波，有的光是粒子B、光子和电子是同样类型的粒子C、光的波长越长，其波动性越明显D、光的频率越高，其波动性越明显板书设计第二节相对论与量子化现象1、经典时空观①同时的绝对性；②时间间隔的绝对性；③空间距离的绝对性2、狭义相对论的两条基本假设①相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的；②光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都是相同的。3、狭义相对论