《经典时空观》导学案

《经典时空观》导学案经典时空观导学案一、学习目标1、理解经典时空观的基本概念，包括绝对时空的含义（重点）。2、能说出经典时空观下时间和空间测量的特点（重点）。3、对比经典时空观与日常生活经验中的时空概念，体会经典时空观在物理学发展中的意义（难点）。4、能够运用经典时空观解释一些简单的物理现象，提高逻辑思维和物理知识的应用能力。二、预学案（一）知识点一：经典时空观的基本概念1、绝对时空的概念在经典时空观里，时间和空间是相互独立的，并且与物质的运动状态无关。也就是说，不管物体是静止还是运动，不管物体运动的速度有多快，时间都按照自己的节奏均匀地流逝，这就像一个超级稳定的时钟，不会因为外界的任何情况而改变节奏，我们把这种时间叫做绝对时间，用大白话来说，就好像全世界的时间都是同一个标准时钟在计时，这个时钟不会因为你在跑步或者坐车就走得快或者慢。同样，空间也是绝对的。空间就像一个巨大的、永远不变的舞台，不管物体在这个舞台上怎么运动，这个舞台的大小和形状都不会改变。例如，我们在地球上测量一个桌子的长度是1米，不管这个桌子是放在静止的房间里，还是放在一辆高速行驶的火车上，我们测量出来的长度都是1米。2、经典时空观下时间和空间测量的特点时间测量：在经典时空观中，时间的测量是绝对的。不同的观察者，不管他们自己处于什么运动状态，对同一事件发生的时间间隔的测量结果都是相同的。比如说，你在操场上跑步，你的朋友在旁边看着，你们两个人看同一场足球比赛，从开场到进球的这段时间，不管你是在跑步还是站着不动，你们两个人感受到的这个时间间隔是一样的。空间测量：空间测量也是绝对的。对于同一物体的长度，不同的观察者，只要他们使用相同的测量工具和方法，不管他们自己的运动状态如何，测量结果都是相同的。就像前面说的桌子的例子，不管是站在地球上静止的人，还是在高速飞行的飞船上（当然这里是在经典时空观假设下）的人，测量这个桌子的长度都会得到1米的结果。（二）知识点二：经典时空观在物理学发展中的意义1、在经典物理学的发展过程中，经典时空观是非常重要的基础。在牛顿力学体系里，经典时空观是基石。牛顿的运动定律都是建立在这种时空观之上的。比如说，根据牛顿第二定律F＝ma，力、质量和加速度之间的关系，就是在这种绝对时空的框架下成立的。在计算物体的运动轨迹、速度、加速度等问题时，都默认了时间和空间的这种绝对性质。经典时空观也符合我们日常生活中的大部分经验。在我们日常生活中，我们感觉不到高速运动对时间和空间的影响。例如，我们开车在公路上行驶，速度相对于光速来说非常慢，我们测量时间和空间的结果和我们静止的时候没有什么区别。这就使得经典时空观很容易被人们接受，并且在很长一段时间里，在物理学研究和工程应用等方面都发挥了巨大的作用。三、探究案（一）探究一：经典时空观与日常生活经验1、问题提出我们在日常生活中有很多关于时间和空间的经验，比如我们从家走到学校，感觉时间过去了多久，路程有多长。那么这些日常生活中的经验和经典时空观有哪些联系呢？2、小组讨论大家分组讨论一下，比如说我们坐公交车的时候，从一个车站到另一个车站，我们对时间和距离的感觉，是不是符合经典时空观的概念呢？在讨论的时候，可以从时间测量和空间测量这两个方面来思考。提示：可以想想如果公交车开得快一点或者慢一点，我们对到达下一站的时间感觉有什么不同？这个和经典时空观里的时间概念有没有冲突？对于距离，不管公交车开得快慢，我们看到的车站之间的距离是不是不变的呢？3、小组汇报与总结每个小组派一个代表来汇报一下你们小组讨论的结果。然后我们一起总结一下日常生活经验中哪些地方体现了经典时空观，有没有一些地方看起来有点不符合经典时空观的，如果有，那是为什么呢？（二）探究二：经典时空观下的物理现象解释1、问题示例有一个小球在光滑水平面上做匀速直线运动，在经典时空观下，不管是站在地面上静止的观察者，还是在一辆匀速直线运动的小车上的观察者，他们对小球的运动速度、运动轨迹等的描述会是一样的吗？2、分析与解答首先，我们要明确在经典时空观下，时间和空间是绝对的。对于站在地面上的观察者，他根据自己的时钟和尺子来测量小球的运动速度v＝＼frac{＼Deltax}｛＼Deltat}，这里的＼Deltax是他测量的小球在一定时间＼Deltat内移动的距离。对于在小车上的观察者，他也有自己的时钟和尺子。因为时间和空间是绝对的，他测量的时间间隔＼Deltat和地面上观察者测量的是一样的，他测量的小球在他这个参考系里移动的距离＼Deltax'（虽然这个距离和地面观察者测量的可能不同，但是测量的方法和结果的准确性是一样的，因为空间是绝对的），那么他计算出来的小球速度v'＝＼frac{＼Deltax'｝｛＼Deltat}。由于时间和空间的绝对性，这两个观察者对小球运动速度、运动轨迹等的描述在本质上是一样的，只是数值可能因为参考系的不同而有所不同，但这种不同是符合经典力学的变换关系的。四、检测案（一）选择题1、在经典时空观下，以下说法正确的是（）A.运动的时钟会变慢B.运动的尺子会缩短C.时间和空间与物质的运动状态无关D.以上说法都不对答案：C。在经典时空观里，时间和空间是绝对的，与物质的运动状态无关，A和B选项是相对论时空观的内容。（二）简答题1、请简要阐述经典时空观下时间测量的特点，并举例说明。答案：在经典时空观下，时间测量是绝对的。不同的观察者，不管他们自身处于什么运动状态，对同一事件发生的时间间隔的测量结果都是相同的。例如，两个人，一个站在路边，一个坐在行驶的汽车里，看路边的一个信号灯从红变绿的时间间隔，他们测量的结果是一样的。（三）应用题1、一辆汽车以30m/s的速度在公路上行驶，一个骑自行车的人以5m/s的速度在旁边的自行车道上同向行驶。在经典时空观下，汽车上的司机和路边静止的观察者测量自行车在10秒内移动的距离分别是多少？他们的测量结果有什么关系？答案：对于路边静止的观察者：根据公式x＝vt，其中v＝5m/s，t＝10s，所以x＝5\times10＝50m。对于汽车上的司机，他相对于自行车的速度v'＝530=25m/s（因为是同向，相对速度相减），但是他测量的时间和路边观察者一样也是t＝10s，根据公式x'＝v't，x'＝25\times10=250m（这里的负号表示方向，距离大小为250m）。他们测量结果的关系是：虽然数值上因为参考系不同而不同，但是测量的本质是一样的，都是根据绝对的时间和空间概念来测量的，并且在经典时空观