7.5相对论时空观与牛顿力学局限性 教学设计-2025-2026学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

《相对论时空观与牛顿力学局限性》教学设计 一、教学目标 （一）物理观念 1、通过空间弯曲实验，建立空间弯曲的概念。 2、通过理论分析，建立黑洞、引力波的概念。 （二）科学思维 1、培养学生由具体到抽象的思维能力，建立物理模型的能力。 2、培养学生自主探究、实验观察能力和分析推理能力。 （三）科学探究 1、经历探究引力波探测的过程，理解物理规律在物理探测的应用。 2、通过探究性学习活动，培养学生的学习兴趣，增强物理学习的自信心。 （四）科学态度与责任 1、用科学的观点解释身边的物理现象。 2、通过物理知识与日常生活、宇宙探索的联系，激发学生学习物理的兴趣，培养学生爱科学、学科学、用科学的思想热情。 3、渗透学以致用的思想，将物理知识应用于生产和生活实践的意识，敢于探究与日常生活相关的物理问题。 4、理解物理科学只是一种解释自然的角度和方法，会不断的进化，激励学生探究新方法和建立新理论。 二、教材分析 《相对论时空观与牛顿力学的局限性》是人教版高中物理必修二第七章的内容，随着引力波、黑洞的相继发现，人们更加关注前沿物理，这一节既能进一步巩固学生学习过的基本知识，又能增强物理知识与日常生活、宇宙探索的联系，同时激发学生学习物理的兴趣、提升探究能力，培养学生爱科学、学科学、用科学的思想热情。 三、学情分析 （一）兴趣基础：高二学生对物理学科充满好奇和兴趣，有着较强的求知欲； （二）知识铺垫：学生有一定的学习基础，前面学习了万有引力定律及宇宙速度、光的干涉等内容，大部分学生有能力解决一些基本问题； （三）学习能力：大部分学生有一定的学习基础和能力，能通过观察实验现象来建立模型，解释新概念。 四、教学重难点 1、重点：（1）理解空间弯曲，并用之解释黑洞、引力波现象。 （2）牛顿力学与广义相对论的适用范围 2、难点：引力波的探测方法 五、教学过程（不能是课堂实录） 教师活动 学生活动 设计意图 播放视频：2张黑洞照片简介 回顾万有引力对黑洞的解释，提出黑洞是爱因斯坦在广义相对论中的2个重要假设之一，引出空间弯曲理论。 演示实验：自制实验教具，用有弹力的布代表空间，有质量的物体放于其中，布的弯曲代表空间的弯曲，指导学生做“自由落体”实验和“卫星环绕”实验。 视频：空间弯曲的录制视频。 如何用空间弯曲的思想解释黑洞？ 1.黑洞的解释 2.探测黑洞的方法： 介绍射电望远镜及黑洞拍摄的原理 播放双星环绕视频，引入“引力波”概念及产生原理，介绍“致密双星”系统，指出它为所要探测的引力波源 介绍引力波的探测成果，指出它已被验证。同时，指出其探测的困难性。 演示器材：可行变的白布，在空间弯曲时，会发生什么样的形变，如何测量它的变化。播放真实形变情况，让学生提出探测引力波方案 播放视频：LIGO组织利用L型仪器设备探测引力波的方法：光的传播时间变化，导致干涉图样变化。并通过具体分析仪器原理，帮助学生理解激光探测法。 介绍中国“天眼”，指出它的先进性，并将会在未来探测引力波。 比较在太空探测和在地面探测的不同，有哪些优势。 介绍欧洲各国的Lisa探路者卫星计划；我国天琴计划 介绍牛顿力学局限性： 1.水星进动 2.日食问题：利用3球仪，帮学生回顾日食现象，并建立模型——若太阳背后有恒星，由相对论可知能观测它，日食就是最佳观测时机。 指出万有引力适用范围，表达形式简单，便于理解和学习。广义相对论适用范围及学习的困难性。并让学生了解两位科学家及我国的科学家取得的主要成就及对应年龄。 寄语：年轻时人的创造力很强，鼓励学生只要努力就能有所收获！ 观看视频 回答黑洞的定义，观察、探究空间弯曲特点。 学生动手实验： 1.不同形状和质量的物体弯曲程度不同。 2.将小球由静止释放，它落到大球表面。 3.将小球以一定初速度释放，观察它绕着大球旋转。 未看清演示实验的同学观看视频 分组讨论，得出黑洞的解释：质量很大体积很小的天体，周围空间剧烈弯曲，导致周围物体速度达到光速，也无法从周围逃离。 读资料，了解射电望远镜及拍摄黑洞原理 回顾双星系统，理解引力波产生原理，并由2名同学手拉手模拟双星系统，思考得出：探测引力波需要选择“致密双星”作为波源。 观察器材，猜想白布可能的形变情况，得出不能用尺子直接测量其长度变化，可以选用光来探测。 观看视频，了解引力波探测的方法及原理。 了解国外和国内引力波的探测进展。 通过教师演示仪器及图片，理解光在太阳周围的空间弯曲，理解利用日食验证广义相对论的思想。 了解4位科学家取得成就时都为中青年时期。 以视频引入新课，创设课堂情境，激发学生的好奇心和探索欲望。 借助教具，将抽象概念形象具体化，帮助学生建立空间弯曲的概念。 使得班级同学都能看到实验现象，提升课堂实验演示效果。 让学生通过观察现象解释问题，提高总结归纳的能力。 了解真正科学研究及探测的方法，体会物理的奥妙。 由抽象原理到观测同学演示实验，理解引力波产生及探测目标。 培养学生的想象力，创造力，将所学物理知识综合运用，解决新问题的能力 加强对于前沿物理的了解，提高学生学习物理的兴趣。提升科学素养，提升民族自信。 让学生体会如何利用观测的方法来检验理论的正确性，建立起物理尊重事实的认识。 打破学生的固有思维，不再迷信某种理论或者某个权威。让学生对科学以及科学家建立新的认识和联系，树立起努力奋斗必然有所成果的自信心，提升学生的科学素养，帮助学生形成客观的科学态度和价值观。 六、作业设计 查阅关于广义相对论、黑洞、引力波的相关知识。 七、教学反思 1.本节课中，学生分组讨论的环节较少，可适当增加； 2.可让学生课前多查阅资料，做好预习，提高课堂互动性，提升学习效率。 学科网（北京）股份有限公司 $$