物理模組2
漳浦六中詹國榮
一、課標解讀：
《課程標準》物理模組二的第三個二級主題「經典力學的成就與侷限性」有如下內容標準：
（1）初步了解經典時空觀和相對論時空觀，知道相對論對人類認識世界的影響。
（2）認識經典力學的適用範圍和侷限性。
根據課標的要求，本章應該完成如下的目標：①讓學生認識在此之前學習的牛頓定律在高速運動的物體不再適應。②讓學生了解經典時空觀念和相對論時空觀念，認識相對論對人們認識世界的影響。
③了解熱輻射現象和光電效應現象，了解量子論產生的背景，認識能量量子化和光量子化的初步含義，知道光的波動說和粒子說，了解物質的波粒二象性。
教材特點：
1、內容與地位：本節介紹現代物理學的兩大理論――－相對論和量子論，教材不要求對理論的內容有深入的理解，只要求從科學史的角度大至了解這兩理論的誕生過程以及這兩個理論的主要觀念，突出區別這兩理論與我們已有觀念的區別，試圖讓學生在了解這兩理論的過程中，體會到現代物理學的氣息，了解科學家研究問題的方法，學習科學家的精神品質。本章內容獨立，對中學階段後繼課程影響不大，但要真正有所體會，要求學生要有深刻的牛頓力學知識與觀念。
上好本章，對於激發學習興趣，擴充套件知識面是非常有益的。
2、目標要求：
匯入：從大體上了解經典力學的成就和遇到的困難，了解相對論和量子論在什麼背景下誕生的。通過匯入，要努力做到讓學生對所學知識有較濃厚的興趣。
第一節：
知識與技能目標：
1、了解麥可遜――莫雷實驗的思想與結論。
2、了解愛因斯坦建立相對論的背景，知道相對論中時間、長度、質速、質能的關係。了解廣義相對論時空彎曲現象和原因。
3、清楚經典物理對於高速運動物體的侷限。
4、了解愛因斯坦的故事。
過程與方法：
①體會在事實與理論矛盾時如何決擇。
②體會從「猜測」到「建立模型」再到「實驗驗證」的科學研究過程。
情感態度及價值觀：1、學習尊重事實的科學態度。
2、感受「及時改變觀念」和「執著追求目標」並重對於科學研究的重要③通過對科學家的了解，學習他們的優秀品質。
第二節：
知識與技能：
①了解輻射，黑體輻射的含義。
②了解量子論誕生的背景及其能量量子化的含義。
③了解光電效應的含義和波粒二象性的含義。
過程與方法：
通過量子論建立過程的了解，認識實驗對於科學理論建立的重要性。感受「科學假設」――「建立模型」――「解釋現象」、「預言新事物」的科研過程，認識「變換思維角度是擺脫困境的有效辦法。
情感態度與價值觀：感受尊重實驗事實的科學態度在科研中的重要性。體會自由爭鳴的氛圍對於科學發展的重要意義。
全章重點和難點：
相對論的時空觀和量子論的量子觀以及相關的科學思想方法是本章的重點。相對論的時空觀是本章的難點。
三、教材處理
匯入和第一節的教材處理
匯入的目的是從巨集觀的角度，概述相對論與量子論誕生原因和取得的結果，以及其對人們生活和觀念的影響，以使學生對這些內容產生興趣。因此，課堂開始可以承授上一章萬有引力定律的發現結果，著力介紹牛頓的經典力學的偉大成就，再介紹「兩朵烏雲」困難，並概述由此引發的物理學革命，不僅造就一大批諾貝爾物理學獎的科學家，而且影響到尋常百姓的世界觀。
為了讓學生真正了解經典力學的侷限，了解物理學家是如何對待舊理論與新實驗的矛盾，較深刻地認識科學的思維過程，根據學生現有的認知水平，建議在上面匯入性的概述後，重點介紹麥可遜――莫雷實驗的方法及實驗結果，力求讓學生從該實驗介紹中，體會邁-莫的實驗結論有違平時所用的慣性定律――經典物理定律，也理解下面的愛因斯坦假設是建立在該實驗的基礎上的，這對過程與方法、情感態度與價值觀目標的實現是十分重要的。
由於邁―莫實驗牽涉到光的干涉以及「以太」等學生尚未學習的概念，介紹中可以避開它們，將該實驗簡化為如圖1所示，實驗目的是比較測量車在勻速運動與靜止兩種狀態下，光從mom1mo從與
mom2mo的時間差是否發生變化。這一問題學生可以利用已學的知識進行分析，判斷出上述兩狀態下的時間差應有所不同圖1
在了解上述原理後，教師再介紹為了實驗更為精確，必須使車的速度越大越好，最好與光速相當，邁―莫利用了地球的自轉速度，μ＝30ｋｍ/ｓ進行實驗，但測得的結果是：無論車是否運動，光從mom1mo與從mom2mo的時間差總是相同的。這是經典物理學所不能解釋的。
在此基礎上可以讓學生發表各自的看法，之後再介紹愛因斯坦的假設及推論。
推論中關於時間延緩效應的問題，建議以問題的形式讓學生利用運動的合成和光速不變假設進行求解比較，其他推論可直接給出結果。這樣可以加深感受並且更接受相對論的結論。
相對論的結論得出後，是否正確？如何檢驗？檢驗的困難是什麼？
這些問題應給學生說明，以便學生加深對科學理論建立過程的了解，也可介紹歷史上關於相對論爭論的一些故事，如孿生子的佯謬問題的爭論。
關於時空彎曲的廣義相對論問題，可以從引導學生從長遠來看兩個方面想象：①光是有動質量的，因而光若經過星體附近時，由於萬有引力的吸引而產生彎曲。②p115圖6-11所示，在房間內的人看到光線是彎曲的，房外靜止的人看來光線是直的。
廣義相對論的驗證：要讓學生明白理論的正確與否必須經過實踐的檢驗。廣義相對論驗證正例有：
①水星的進動，②愛丁頓觀測③哈勃所拍到的「愛因斯坦十字」星雲。其中後兩個例子學生較容易理解。
教學過程中，還應適當介紹愛因斯坦傳奇的生平，以讓學生從中了解和學習偉大科學家的優秀品格。
本節安排2課時。
第2節建議按如下思路展開：
1、以日常現象，說明輻射強度與溫度和輻射波長(顏色)有關。介紹可分三個層次：①輻射物的顏色與溫度的關係②輻射物的顏色由什麼決定③輻射圖 (如圖2)
2、介紹黑體及黑體輻射規律，以及維恩解釋的「紅外災難」和瑞利—金斯解釋的「紫外災難」。
3、蒲朗克的量子論的圓滿解釋及能量量子化。介紹中要讓學生意識到能量有最小值ε，任何能量均為這個最小值的整數倍。
圖24、光電效應及其光子說。介紹光電效應的產生和條件及愛因斯坦的解釋。
5、物質波。重點介紹電子的衍射現
象及其機率解釋。
本節計畫1課時。
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