高二物理沪教版选修3-4 5.4 走进广义相对论的教学设计

走进广义相对论的教学设计 【教学目标】 知识与技能 1、解广义相对论基本原理：广义相对性原理和等效原理 2、介绍广义相对论效应现象：时空弯曲、光线弯曲、引力红移。 过程与方法 通过本节的学习，初步广义相对论是狭义相对论的发展和延伸，适用于更广泛的领域。 情感、态度与价值观 通过本节内容的学习，激发探索宇宙奥秘的兴趣，体会在宇宙中人类的渺小和科学的巨大力量。 【学情分析】 学生已对狭义相对论的基本原理和奇特效应有所了解，本节是在此基础是了解广义相对论的基本原理和预言以及证实情况。教学中顺着爱因斯坦的思路学习其基本原理难度并不大，其最大难度在于了解科学家在科学前沿所进行的观测和实验。 【教学思路】 先顺着爱因斯坦的思路介绍广义相对论的基本原理，这有助于学生对广义相对论的观点的接受和理解。然后介绍科学家在宇宙学研究中所观测到的广义相对论效应现象 【教学重点】 理解广义相对论的两个基本原理：广义相对性原理和等效原理。 【教学难点】 理解广义相对论效应现象：时空弯曲、光线弯曲、引力红移。 【教学方法】 探究式讲授法 + 学生自学 【教学过程及知识要点】 引入新课 在狭义相对论建立两年后，即1907年，爱因斯坦曾说： “我对狭义相对论并不满意，因为它被严格限制在一个相互具有恒定速度的参考系中，它不适用于一个任意运动的参考系 … …” 于是爱因斯坦几乎是一个人，经过长达8年的研究，将相对性原理从惯性系推广到非惯性系，于1915年，即狭义相对论发表10年之后，爱因斯坦又发表了广义相对论。 这节课我们来了解一下广义相对论的基本原理和几个结论。 一、广义相对论的两个基本原理 1、爱因斯坦将相对性原理从惯性系推广到非惯性系 ——爱因斯坦的思考 在均匀的引力场中的任一位置，一切物体都将具有相同的加速度。 如果一个人正在自由下落，他绝不会感到自己受到重力。 在狭义相对论的框子里，是不可能有令人满意的引力理论的。 通过理想实验推断：在一个加速参考系中做物理实验，观察到的结果跟引力场中的实验是没有区别的。 去掉惯性系在相对论理论中的特殊地位，把相对性原理从“任何惯性系平权”推广到“包