新课程必修万有引力和相对论和量子论全章解读市公开课金奖市赛课一等奖课件

接收学习需渗透科学探究思想

—浅析高中物理必修2教学第1页第5章万有引力定律及其应用

本章课程标准及解读：（1）经过相关事实了解万有引力发觉过程。知道万有引力定律。认识发觉万有引力定律主要意义，体会科学定律对人类探索未知世界作用。第2页经过史实了解万有引力定律发觉过程，这里强调了对物理学发展历程展示，表达了学科渗透理念。当然学生不但要了解发觉过程，而且还应知道万有引力定律。

万有引力定律发觉含有非常主要意义，如促使物理学完成了第一次大综合，预测了当初未知天体，使人造卫星上天等等，万有引力定律发觉让人类对世界有了更多认识，学生应由此体会科学定律对人类认识世界作用。

第3页（2）会计算人造卫星围绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。

第4页学生应该知道什么是围绕速度，会经过公式计算人造卫星围绕速度，知道为何人造卫星不会从天上掉下来。

学生还应知道什么是第二宇宙速度和第三宇宙速度，什么情况下卫星到达第二宇宙速度和第三宇宙速度。

这些内容学生会很感兴趣，所以能够组织学生观看相关人造地球卫星、航天飞机、空间站录像片等，深入激发学生学习兴趣，了解人类在这方面进展。第5页（3）经过实例，了解经典力学发展历程和伟大成就，体会经典力学创建价值与意义，认识经典力学实用范围和不足。第6页本条目要求学生从历史角度，经过实例了解经典力学发展历程，了解经典物理伟大成就及其对人类社会发展带来影响，比如，让学生了解经典力学对航天技术发展重大贡献等，再如，让学生比较重物下落与天体运动多样性与统一性，了解万有引力定律对科学发展所起主要作用，由此，让学生体会经典力学创建价值与意义。在实践活动中能够让学生搜集我国和世界航天事业发展历史和前景资料，写出调查汇报等。第7页当然伴随时代发展，科技进步，经典力学也逐步显现出一定不足，所以，本条目要求学生认识经典力学实用范围和不足。这有利于学生整体上了解物理学发展历程，把握物理学主要思想。

第8页（4）体会科学研究方法对人们认识自然主要作用。举例说明物理学进展对于自然科学促进作用。

第9页在学习共同必修课程时，学生还应体会科学研究方法对人们认识自然主要作用。物理学是一门基础学科，对其它学科发展发挥了主要作用，所以，学生应该经过实例了解物理学发展对自然科学进步主要作用。

第10页本章学习万有引力定律和天体运动规律方面相关知识；培养发觉问题、提出问题能力和建立假设能力。本章重点是了解万有引力定律内容、了解卫星发射基本原理；难点是利用万有引力定律计算卫星围绕速度。经过本章学习，了解经典力学对航天技术发展重大贡献；经过用万有引力定律发觉未知天体事实，了解科学定律对人类认识世界作用。了解科学探索过程波折与艰辛，体会科学家勇于探索，实事求是科学态度与科学精神。编者编写意图：第11页课程介绍本章从“嫦娥奔月到‘阿波罗’上天”导入，按“万有引力定律及常量测定”、“万有引力定律应用”、“人类对太空不懈追求”三部分编写。

经过导入嫦娥奔月神话与“阿波罗”现实对比，一方面让学生体会人类在不懈追求中伟大成就，其次也由此激发学生对“阿波罗”上天好奇与求知欲，为万有引力定律引进铺垫；接着介绍行星运动规律、万有引力定律及引力常量测定等；然后经过卫星上天、未知天体预测等凸秒显万有引力定律对人类社会进步和科学发展促进作用；最后经过“古希腊人思索”、“文艺复兴撞击”、“牛顿大综合”、“对太空探索”等，展示了万有引力定律发现过程，反映了科学探索过程波折与艰辛，体现了科学家勇于探索、实事求是科学态度与科学精神，凸现了牛顿对物理学上第一次大综合重要意义，介绍了人类在探索太空中取得伟大成就。第12页第1节万有引力定律及引力常量

测定

一、

内容与地位

依据《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理2”对本节要求，在教与学过程中应让学生领悟到万有引力定律揭示了自然界最普遍一个相互作用，它发觉含有非常主要意义，如促使物理学完成了第一次大综合。引力常量测定又赋予了万有引力定律真正实用价值。沿着历史足迹了解万有引力定律发觉过程，体验科学探究过程艰辛与乐趣，并从中学习科学研究方法和科学精神。第13页二、

教学目标

（1）了解万有引力定律发觉过程，领悟科学研究方法和科学精神。（2）了解万有引力定律含义，知道万有引力定律并能进行简单计算。（3）经过引力常量测定了解“将直接测量量转化为间接测量量”是科学研究主要方法之一。第14页三、重点与难点（1）了解万有引力定律含义，万有引力定律并能进行简单计算。（2）了解引力常量测定思绪、方法及意义。第15页四、教学设计（一）引入新课：自古以来，人们不但创造了关于星空神话诗词，而且孜孜不卷地探索天体运动规律。教师在课前让学生查阅、搜集上述相关资料感受人类对太空向往和不懈探索追求。引入时选择几个经典材料让学生发表简短演说，激发学生学习热情。第16页（二）新课教学

1、行星运动规律第17页1.”K”是与行星无关常量，但对不一样恒星，其周围绕行行星K值是不一样。即：水星~冥王星周期由小到大第18页2、万有引力定律

（1）推导：行星为何要绕太阳运动？行星受太阳引力（已是常识），引力有何规律呢？首先将行星运动近似为圆轨道上匀速圆周运动，请学生思索：能否依据行星运动规律推导引力作用规律？第19页由牛顿运动定律、开普勒第三定律可推导得：说明：①该部分内容教师可视学生详细情况取舍。当然，推导使得万有引力定律公式在逻辑上更严密，结构上前后呼应；②值得提醒学生注意是牛顿是在椭圆轨道下证实万有引力定律。第20页(2)深入请学生思索：重力使苹果落地，构想苹果树不停长高直至月球轨道，苹果受地球引力依然落回地面，月球也受到地球引力为何没有落回地面？分小组讨论。第21页预测：学生参加讨论，可能有不一样观点：A）引力与重力不一样，引力作用下物体做围绕运动，重力作用下物体竖直下落，力作用效果不一样；B）月球太远引力不够大，所以月球才没有落回地面；C）只是月球有速度而苹果是静止，因而月球做围绕运动（曲线运动）、苹果竖直下落，其实引力与重力本质应是相同。……第22页师：怎样判断一物体运动规律？应由受力情况和运动初态两方面共同决定。深入明确月球与苹果不一样在于二者受力时运动初态不一样，即月球有速度而苹果是静止，地球对月球引力提供了月球绕地球运动所需向心力，对月球产生向心加速度。地球对苹果重力产生自由下落加速度。地球对月球引力、地球对苹果引力本质上是一样。第23页（3）定量验证：

牛顿“月—地”检验

说明：定性分析有利于开拓学生思绪，是否做定量验证教师可视学生详细情况取舍。

结论；地球对地面物体引力、行星对卫星引力以及太阳对行星引力是同一性质力，遵照相同规律，并由此推广为自然界任何两个物体间都存在这么相互作用即万有引力。

第24页（4）万有引力定律

公式：

适用条件：能够看成质点两物体间或两均匀球体间相互作用。

r含义：当两物体相距很远能够看成质点时，r是两质点间距离；若是两个匀质球体，r是两球心距离。

第25页请判断下面说法是否正确：当两物体间距离r不停减小至趋于零时，两物体间引力F趋于无穷大。这不可能，我们没有这么体验，但错在哪呢？生：万有引力公式不正确，没有普遍性师：当r趋于零时两物体不能看成质点，万有引力定律公式已不再适用。说明：可举一些实例说明以增加感性认识，如：两艘万吨级轮船相距10km时相互吸引力数量级为10-3N，等等。第26页（三）

引力常量测定及其意义牛顿万有引力定律发表1后才由卡文迪许第一次较准确测出引力常量，其关键是怎样将普通物体间几乎能够忽略引力显现出来并做定量测量。第27页1、试验思绪、方法：

（1）由万有引力公式将直接测量量（m、m´、r、F）来表示间接测量量（G）（2）将微小量巧妙地“放大”(如：放大微小引力F、放大石英丝扭转角度θ)（3）可借鉴演示试验：观察微小形变，如：厚壁扁玻璃瓶形变、“光放大”讲台面形变说明：演示试验应请学生参加以调动学生主动性，增强师生互动性。第28页请学生思索并回答：卡文迪许试验装置巧妙之处于哪？师：搜集学生观点并归纳以下：①将力F测量转化为力矩M（M=F•L）测量，因为引力很小所以需将T型架水平部分做得很长；②利用平面镜反射来“放大”石英丝扭转角度，同时增大平面镜与刻度尺间距离，使扭转角度更方便测量、提升测量准确度；③整个装置轻巧、庞大并密封抗干扰以增强其灵敏度。第29页2、引力常量测定意义引力常量测定证实了万有引力定律正确并使之含有了真正实用价值。3、应用：计算天体质量请思索：卡文迪许为何被称为“能称出地球质量人”？依据这节课知识，你能成为一个“能称出太阳质量人”吗？第30页提议：研究性小课题：我测引力常量组织学生分小组进行试验方案设计、模拟试验，并形成小论文。这有利于学生了解试验方法，培养创新精神。第31页五、案例心得本节课属于物理规律教学，要重视展示万有引力定律发觉历史过程，充分发挥史实对学生启迪作用，让学生体验科学探究过程艰辛与乐趣，学习科学研究方法和科学精神。对于万有引力定律学习，重视问题情景创设，让学生经历问题分析思维过程，使学生对规律认识是丰富、全方面。对于引力常量测定教学设计，经过一系列问题让学生在问题讨论中体会试验巧妙设计，感受物理研究方法，激发学生创新意识。经过应用实例学习体会到引力常量测定主要意义。第32页第2节万有引力定律应用

一、内容与地位本节课是在学习了圆周运动与万有引力定律之后一节应用课，所以，在教学中应让学生用万有引力定律对天体运动进行探究，采取启发式教学，要求学生知道人造卫星为何不会从天上掉下来，会用公式计算人造卫星围绕速度，知道卫星第二宇宙速度和第三宇宙速度及到达这两个速度条件。

第33页二、教学目标

（1）了解人造卫星，会计算人造卫星围绕速度。知道第二宇宙速度和第三宇宙速度。（2）利用万有引力定律探究第一宇宙速度以及探究运行速率与半径关系，使学生真切感受到用自己所学物理知识能处理天体实际问题，激发学生学习热情。（3）经过介绍我国在卫星发射方面情况，激发学生爱国热情，经过万有引力定律应用，让学生知道理论起源于实践，反过来又能够指导实践辨证唯物主义观点。第34页三、教学重点与难点利用万有引力定律探究运行速率与半径关系、估算中心天体质量、第一宇宙速度以及探究地球同时卫星特点。本节是一节知识应用与扩展课。首先依据学生已经有圆周运动与万有引力定律知识，以及牛顿当年构想，与学生一起探究人造卫星上天原理。其次，关注学生已经有认知经验，围绕第一宇宙速度进行讨论，而且向学生介绍第二宇宙速度和第三宇宙速度以及发觉未知天体，让学生形成较正确卫星运动图景。

第35页四、教学设计

（一）

导入新课晴朗夜空，当你抬头仰视满天星斗时，有时会看到一个移动星星，它像天幕上神行太保急忙奔忙，它们是什么星?在忙些什么？这种奇特星星并不是宇宙间星球，而是人类挂上天宇明灯——人造地球卫星。它们巡天遨游，穿梭往来，忠实地为人类服务，给冷寂宇宙增添了生气和活力。别看人造卫星个头不大，五脏可齐全呢！它通用系统有结构，温度控制，姿态控制，能源，跟踪，遥测，遥控，通信，轨道控制，天线等等系统，返回式卫星还有回收系统，另外还有依据任务需要而设各种专用系统。第36页（二）

人造卫星上天1．给出牛顿抛体运动图，提出问题，在地面上抛出物体为何要落回地面？引导学生讨论：因为受到地球引力作用，所以最终会落到地面。再深入探究：（1）月球也要受到地球引力作用，为何月亮不会落到地面上来？（2）若抛出物体速度足够大，物体将会怎样？第37页学生分小组讨论，得到月球受到地球引力，用来充当绕地球运转向心力，故而月球并不会落到地面上。假如抛出物体速度足够大，物体飞行距离也很大，因为地球是一圆球体，故物体将不能再落回地面，而成为一颗绕地球运转人造卫星。第38页2．从上面学习可知，当抛出物体速度足够大时就能够成为卫星，那么怎样取得这么大速度呢？向学生介绍俄国科学家齐奥尔科夫斯基利用多级火箭克服地球引力实现宇宙航行构想。介绍中国成功发射运载火箭。

第39页3．教师深入提出：当抛出物体速度足够大时就能够成为卫星，那速度要大到什么程度就叫足够大了。请同学们思索怎样计算这个速度。能够分小组讨论，首先要搞清楚：要求这个速度，我们已经知道并可能被利用数据有哪些？（让学生自己寻找已知条件）

第40页预测：学生回答可能这么：知道G、g、M地、R地、r月、T卫、T月、v等；教师深入引导，依据大家所给已知条件，能够联想到与之相关什么公式？预测：学生回答可能这么：

第41页假如学生只提出其中一个或两种求法，教师能够启发学生得到各种计算方法。能够依据学生给：让学生用不一样公式计算速度。代入数据算出速度为7.9km/s。这个速度称为第一宇宙速度,也称为围绕速度。

第42页7.9km/s这个速度到底有多大，学生没有感性认识，能够给学生举一些例子来说明。比如：在高速公路上乘过车同学能够推算，高速公路上最高限速为120km/h，换算成33.3m/s，第一宇宙速度快要是它240倍；农村学生假如家离学校较远，能够推算以第一宇宙速度从家到校只需几秒……。经过这些例子，让学生体会第一宇宙速度“快”，体会当代科学技术伟大。

第43页4．假如物体发射速度更大，第二宇宙速度v2=11.2km/s时，物体将能够摆脱地球引力束缚，v3=16.7km/s这个速度称为第三宇宙速度，物体将能够摆脱太阳引力束缚，飞到太阳系外。第44页5．迷你试验：要求学生体会：用手拉着绳子一端，让小球旋转时，手有什么感觉。当旋转很快时，小球会挣断绳子飞出去，想想这是为何。用一根更细绳子，小球更轻易摆脱，这又是为何？引导学生了解这是因为绳子拉力不足以提供小球做圆周运动向心力，所以出现了离心现象。第45页6．讨论与交流：由“阿波罗”登月往返航线引发思索。能够让学生在课堂各抒己见，教师对学生各种思索给予分析评价，假如出现不能处理问题，能够作为学生课后研究性学习一个课题。

第46页7.探究运行速率与半径关系

预测：学生回答有两种可能：教师引导当r改变，g、v会变，不能得到v与r关系只能认为得出卫星运行速度与其本身质量无关，与其轨道半径平方根成反比。这是一个非常有用结论。第47页（三）预测未知天体

能够让学生阅读课文，回答老师提出问题：（1）用万有引力定律发觉了哪些行星？（2）人们是怎样应用万有引力定律来发觉未知天体？引导学生得出用万有引力定律发觉了海王星，冥王星。第48页人们在长久观察中发觉天王星运行轨道与用万有引力定律计算出有较大偏差。于是，有些人推测，在天王星轨道外侧可能还有一颗行星，它对天王星引力使天王星轨道发生偏离。而且人们计算出这颗行星可能轨道，而且在计算出位置终于观察到了这颗新行星，将它命名为海王星。再后，又发觉海王星轨道也与计算值有偏差，人们深入推测，海王星轨道外侧还有一颗行星，于是用一样方法发觉了冥王星。可见万有引力定律在天文学中应用价值。第49页三、案例心得

本节课教学设计在利用万有引力定律推导第一宇宙速度和运行速率与半径关系，教师要重视创设问题情景，激发学生探究热情，依据学生认知发展，有步骤提出几个问题，使学生在自己独立思索和交流过程中，不停发展自己观点，经历了学习过程体验。迷你试验室：由“阿波罗”登月往返航线引发讨论中，给了学生动手机会，培养学生利用互联网搜集、处理信息能力。第50页专题应用万有引力定律分析天体运动

基本方法：在空中(r=R+h)：在地表（r≈R）：（黄金代換式）第51页卫星mMmg表RroF引＝mg表mMo卫星mr某天体MROmg空（不考虑天体自转影响）第52页1、中心天体质量M一定，当r增大时，a向＝g空、v、w、f均减小，只有T增大。注意以下问题分析：第53页注：①物体随地球自转a向1＝w2r∝r，其中r=Rcosθ②卫星绕地球运动a向2＝赤道上物体随地球自转a向1比近地卫星绕地球运动a向2要小得多,这是因为：其中r为m到地心距离。第54页2、求中心天体质量、密度：①方法一：即先要观察出该天体周围某颗卫星轨道半径r和运转周期T。方法二：在星球表面：即先要观察出该天体g表和本身半径R就可求出天体质量。第55页②平均密度若卫星紧贴地表运行：，即只要测出其近地卫星周期T，就可求出该天体平均密度。第56页3、宇宙速度：

注：①人造卫星发射分三个阶段：发射阶段：处于超重状态；漂移阶段；运行阶段：处于完全失重状态。②围绕速度与发射速度：当r增大时，v围绕减小，而v发射增大。③v1是最小发射速度，同时也是最大围绕速度，且这时围绕周期

第57页4、地球同时卫星：其特点有“五定”，即：①定周期：T=二十四小时②定轨道平面：均在赤道平面内（否则不会与地球同时）③定高度：∵地球半径R和运转周期T恒定,故同时卫星轨道半径r恒定.Rhrom同时卫星w地球M第58页④定速度：，∵同时卫星轨道半径r和运转周期T恒定，故其运转r、w也恒定。⑤定点：每颗同时卫星都定点在世界卫星组织要求位置上。第59页接收学习要与科学探究相结合案例：万有引力是怎样提出来？第60页万有引力定律发觉三个阶段思想孕育阶段：万有引力提出；定律推演阶段：万有引力定律推导；事实与试验验证阶段；第61页万有引力提出，序对行星运动问题了解得比较清楚之后，人们更深入地思索是什么原因使行星绕着太阳运转？

在开普勒时代有些人对此回答是小天使在后面拍打翅膀，推进着行星沿轨道飞行。而牛顿为代表一些科学家则意识到太阳可能是支配行星运动那些力渊源。第62页创造性思索开端牛顿22岁在剑桥大学取得学士学位后，因为瘟疫流行，回到了自家农场。在今后18个月中，牛顿经过不停地思索和论证，奠定了万有引力理论基础。

第63页牛顿在思索过程中得到认识苹果下落和月球围绕地球旋转都来自于同一个力，那就是地球引力；这种引力不只存在于地球和月球之间，还存在于太阳系中太阳与各行星之间以及行星与卫星之间；这种引力不只限于天体，还存在于地球上一切物体之间；推而广之，宇宙间每一对物体之间都存在这种引力作用。第64页思索与交流：对于上述万有引力概念，你有什么迷惑和看法？苹果下落，为何月球不落下？月球绕地旋转，苹果也能绕地旋转吗？为何我们没有觉察地球上物体之间有引力？第65页苹果与月球有共同之处吗？牛顿对行星运动研究工作首先是从研究月球轨道开始。苹果和月球除了二者大致都是圆以外，可能再也找不出它们相同之处，牛顿却看到了它们相同之处。下面让我们参考牛顿研究思绪来学习万有引力概念。

第66页思索与交流：

月球为何不会飞出去？第67页谁说月球没有下落？如图所表示，当一个苹果落向地面时候，它必定受到地球对它拉力作用，苹果速度和加速度方向以及地球引力方向，都指向地心。

月球是绕地球做圆周运动，它速度方向围绕地球而不是指向地心。由牛顿第一定律，假如月球没有受到任何力作用，它就保持匀速直线运动，也就是说，月球将会飞出地球（图中由A向B运动）。而实际上月球却是沿圆周运动到C点。使月球偏离直线运动，必须有一个指向地心力作用于它，牛顿假设这个力与拉苹果向下力起源相同，就是地球引力。

第68页名人名言当每个人都认为月亮不往下掉时候，只有牛顿这么人才看到月亮正在往下掉。

——瓦莱里（1871-1945），法国诗人和哲学家第69页思索与交流：苹果也能够不落向地面吗？

第70页牛顿又一论证牛顿还从另一角度进行了论证：假如我们水平地抛出一个物体，因为受地球引力作用，它将沿弯曲路径落向地面。假如抛出速度越大，则它绕过地球表面落点越远。能够想象，抛出速度大到一定程度，物体就会进入地球轨道而不落下。正是因为这么原因，月球虽受地球引力而不落到地球上。

第71页从苹果、月球与地球到天体推广牛顿还作出了更含有普遍性思索。正像月球绕着地球转动一样，行星绕着太阳转动，太阳对每一个行星都有引力作用。依据牛顿第三定律，每一个行星也对太阳产生引力作用。任意两个天体之间都有引力作用。

第72页深入推广引力不只限于天体之间。地球上任意两个物体之间也存在引力作用，不过物体之间引力很小罢了，使你感觉不到这个力存在。所以牛顿指出，引力是普遍（万有）存在力——每个物体都吸引任何其它物体。这就是牛顿引力理论中心思想。

第73页名人名言在地球上摘朵花，你就移动了最远星球！

——狄拉克第74页天才智力苦斗不要认为万有引力定律只是数学天才逻辑演绎结果。正如爱因斯坦所言：“只有经过那种以对经验共鸣了解为依据直觉，才能得到这些定律。”

“想象力比知识更主要，因为知识是有限，而想象（力）概括着世界上一切，推进着进步，而且是知识进化源泉。严格地说，想象（力）是科学研究中实在原因。”

第75页第6章相对论与量子论初步课程标准及解读：（1）初步了解经典时空观和相对论时空观，知道相对论对人类认识世界影响。第76页在共同必修模块中引入经典时空观与相对论时空观比较，意在为学生开启了解近代物理一些窗户，让学生了解近代物理一些关键内容，同时也让学生了解经典物理一些不足。爱因斯坦相对论是近代物理支柱之一，学生应该了解相对论时空观主要思想，了解相对论对人类认识世界影响。本条目表达了经典物理与近代物理结合。第77页（2）初步了解微观世界中量子化现象，知道宏观物体和微观粒子能量改变特点，体会量子论建立深化了人类对于物质世界认识。

第78页在共同必修中引入量子论一些思想，这有利于学生了解与宏观世界有区分微观世界，了解近代物理另一支柱——微观世界量子论。本条目要求学生初步了解微观世界量子化现象，知道微观世界能量改变与宏观世界能量改变不一样，即不是连续，而是量子化。体会量子论建立是怎样促进人们认识物质世界。本条目也表达了经典物理与近代物理结合。第79页编者编写意图：初步了解经典时空观和相对论时空观区分，知道相对论对人类认识世界影响。初步了解微观世界中量子化现象，知道宏观物体和微观粒子能量改变特点。经过本章学习，体会理想试验、物理模型等研究方法主要作用，发展想象能力，培养勇于质疑精神和创新意识；体会量子论建立深化了人类对物质世界认识，知道科学理论不是一成不变，而是一个逐步完善过程。第80页课程介绍：本章导入部分利用19和20世纪之交物理学天空中“两朵乌云”，向学生展示完全不一样于我们熟悉低速宏观世界另一个崭新:世界高速世界和量子世界。第81页第一节高速世界，从经典力学解释迈克尔逊—莫雷试验结果所产生矛盾入手，按照物理学发展历程，引出爱因斯坦两个基本假设。经过形象生动画面和通俗易懂实例让学生初步认识狭义相对论。第二节量子世界，从热辐射规律入手，揭示经典物理学理论与试验结果严重背离，阐述普朗克“量子假说”，初步认识玻儿理论主要意义，同时让学生认识光粒子性和波动性。经过实例初步了解微观世界量子假说。

第82页第1节高速世界一、

内容与地位：在此之前学习过程中，学生已经对经典物理学理论和成就有了一定了解。不过，学生在共同必修模块中，没有接触波动学、电磁学、光学等相关知识，学生对这些相关知识了解还停留在初中极浅显认识基础上。所以，在指导学生研习这部分内容时，要充分做好先行知识组织，使学生经过对经典时空观突破来了解相对论时空观主要思想。在教学活动中要淡化爱因斯坦和相对论神秘色彩，要使学生领会爱因斯坦在研究工作中表现出来创新精神、所应用科学方法不是高不可攀，我们是能够了解问题。

第83页二、教学目标：1、初步了解经典时空观被突破过程和爱因斯坦构建新理论方法。从而了解相对论时空观主要思想，并依据相对论时空观进行公式推导，解释相关一些现象。2、认识经典力学实用范围和不足，知道相对论对人类认识世界影响，体会科学研究方法和尊重试验事实科学态度对人们认识自然主要作用。第84页三、重点和难点：

重点：经过分析和讨论，了解经典物理时空观不足及其与相对论时空观之间差异。难点：揭示出经典时空观与麦克尔逊—莫雷试验结果详细矛盾表现。第85页四、教学设计：

（一）导入新课194月27日，在英国伦敦皇家研究所举行科学汇报会上，一位德高望重老科学家开尔文作了一个演讲，题目是《在热和光动力理论上空19世纪乌云》。他第一段话是这么说：第86页“动力学理论断言，热和光都是运动方式。但现在这一理论优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”(‘Thebeautyandclearnessofthedynamicaltheory,whichassertsheatandlighttobemodesofmotion,isatpresentobscuredbytwoclouds.’)第87页这个“乌云”比喻以后被重复地引用。联络到当初人们对经典物理学成就乐观情绪，许多时候这个表述又变成了“物理学晴朗天空远处，漂浮着两朵小小令人不安乌云。”第88页这两朵“乌云”是：1、【板书】迈克尔逊—莫雷试验（1881年—1887年间）：研究光沿不一样方向传输速度差异。2、【板书】热辐射试验：（19左右）：研究热辐射能量与温度关系。这两个试验所观察到现象用当初已经有物理学理论无法进行合理解释。正是这两朵乌云，很快以后酿成了物理学中一场巨大变革。我们先来看看物理学天空中这令人不安第一朵“乌云”：光沿不一样方向传输速度是否相同？第89页（二）新课教学1、高速世界两个基本原理经典力学研究表明全部机械波都必须经过介质才能传输。麦克斯韦电磁场理论揭示了光就是电磁波。光既然是波，当初人们自然要想：传输光波介质是什么呢？当初物理学家假定这种介质叫做“以太”，整个宇宙空间都充满了“以太”，认为“以太”是非常稀薄，密度极小、完全透明、难以感觉到介质。按照经典波动理论，这种介质弹力又是极其大，光波才会在里面有如此巨大传输速度。是一个使人感到奇怪介质。

第90页思索：假如我们在静止空气中快速前进，就会感觉到有风迎面吹来，为何？因为即使空气相对于地面是静止，但空气相对于我们正在前进人却是运动。地球是用30km/s速度在宇宙中绕太阳运动，假如“以太”这种介质充满了宇宙，也必定会有30km/s“以太风”迎着地球吹来，我们能观察到这种“以太”风吗？第91页第92页问题：宇宙中充满了传输光介质“以太”，地球又在宇宙中运动，设光在“以太”中传输速度为c，地球相对于“以太”运动速度为v，那么当光传输方向与地球运动方向相同时，以地球为参考物时，会测得光速度是多大呢？

u1=（c-v）第93页当光传输方向迎着地球运动方向而来时，以地球为惯性参考物又会测得光速为多大呢？生：应该是u2=（c+v）第94页假如以地球做惯性参考物，不一样方向光（电磁波）速度确实有不一样话，就说明麦克斯韦理论描述电磁波各个方向速度相同规律，只有在用“以太”为惯性参考物时才是适用，在用地球这类相对于“以太”运动物体做参考物时电磁波各个方向速度相同规律就不适用了，就会造成“不一样惯性参考系中物理规律是不一样”这么一个结论。

第95页美国物理学工作者迈克尔逊和莫雷在1881至1887年间在不停提升试验准确度过程中，重复做了同一个试验：把仪器固定在地面上与地球一起运动，在光顺着地球运动方向传输、逆着地球运动方向传输、以及光传输方向与地球运动方向垂直时，不一样情况下测量光速差异。令人惊异试验结果是：以地球为惯性参考物时测得各个方向光速没有差异。这个著名试验以后物理学界把它叫做迈克尔逊—莫雷试验。第96页【板书】迈克尔逊—莫雷试验结果：以地球为惯性参考物时测得各个方向光速没有超出试验误差范围显著差异。这么试验结果，与经典物理学理论产生了难以调和矛盾，令人感到不安。怎么办？许多物理学工作者对迈克尔逊—莫雷试验结果提出了一些使人感到牵强解释，无法从根本上处理问题。比如“‘以太’牵引说”、“洛仑兹收缩说”等。

第97页爱因斯坦方法：于19写了一篇论文提出了他想法：1、相对性原理：物理规律在一切惯性参考系中都含有相同形式。2、光速不变原理：在一切惯性系中，测量到真空中光速c都一样。第98页2、时间延缓效应问题：静止观察者、顺着光速方向运动观察者、逆着光速方向运动观察者，光相对于他们经过位移是不一样，测量到光速却都是一样，这是为何呢？生猜测：可否定为不一样惯性参考系中测得时间也是不相同呢？观察者测得光经过距离较长时，假如他测得时间也较长，则光速有可能是一样。

师：爱因斯坦也正是这么想。

第99页2、时间延缓效应讨论：假定一辆列车以速度v相对于地面匀速运动，静止在车厢里人手持一个光源，从车厢地板竖直向上将一束光射向顶部一面反射镜，然后又反射回车厢地板。设车厢中顶部和地板之间高度为d，则在车厢中以车厢为惯性参考物观察者看来，“光在空中往返”过程中，所测得时间为⊿t´则光速是多大呢？（参看教学资料上插图）第100页这个关系式很主要，我们即使是从“光在空中往返”这一特殊事件中推导出来，但在爱因斯坦在相对论中作了更复杂、更充分推导认为它是一个对各种事件都普遍适用公式。

第101页例题：有一个试验事实：在宇宙射线中会产