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探究爱因斯坦质能方程教学误区

(2018-08-02 15:17:35)
标签:

教学反思

教育

分类: 教育思考

探究爱因斯坦质能方程教学误区

丁丹华

(安庆市第二中学,安徽安庆246001

摘要:针对高中学生受经典理论思维的束缚及对相对论知识的模棱两可,为此笔者对爱因斯坦质能方程展开探究,以常见的几个教学误区为切入点,引导学生深刻理解质能方程的本质含义以及相对论的相关知识点。

关键词:爱因斯坦;质能方程;教学误区                                                

2017年,安徽考生参加全国统一高考,高考大纲将人教版物理选修3-5定为必考模块,选修3-3和选修3-4定为选考模块,考生需要从2个选考模块中任选一个作答。绝大部分教师建议学生选择选修3-3,理由是学生在平时模拟测验中选修3-4得分率相对较低。这给我们一线教师教学带来了较大的麻烦,选修3-4模块授课与否,选择授课,若不把知识点讲透等于没有授课;选择不授课,在必考模块选修3-5教学中会遇到较大的困难,因为需要利用选修3-4较多知识点。例如质能方程教学内容属于选修3-5,但源于选修3-4相对论知识。再者,爱因斯坦提出相对论时,在当时没有科学家能听明白,只有一位数学家能看懂他的推导过程。因为他的思维完全异于常人,其思想、观点高于经典理论,故没有人能明白。在当时更没有实验验证,导致诺贝尔奖都不敢颁发给爱因斯坦,因为害怕他的结论是错误的,会让全世界笑话。而对于毫无相对论基础的高中学生而言,理解爱因斯坦质能方程肯定会存在较多误区,包括一线部分教师。现提出几个教学误区,与广大一线物理教师共同探究。

教学误区一:质能方程探究爱因斯坦质能方程教学误区 违背了质量守恒定律

从爱因斯坦质能方程探究爱因斯坦质能方程教学误区 知道,一质量对应一个能量,该式反映质量和能量在量值上的关系,这里的质量是广义的质量,包含静质量和各种能量中对应的动质量,相对论质量探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,其中探究爱因斯坦质能方程教学误区 是物体静止时的质量,称为静质量;探究爱因斯坦质能方程教学误区 是物体运动的速度,c是光速,探究爱因斯坦质能方程教学误区 是物体总质量,它等于静质量加上动质量。当发生核反应时质量发生亏损,其实是静质量探究爱因斯坦质能方程教学误区 减少了,动质量增加了,简单点说,就是静质量转化为动质量,但物体的总质量不变,即静质量和动质量之和不变。因此质能方程探究爱因斯坦质能方程教学误区 并不违背质量守恒定律。

教学误区二:根据质能方程探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,质量和能量可以相互转化,违背了能量守恒定律

从能量定义得知,能量包含静能和动能,而在轻核聚变及重核裂变等核反应中释放的能量,较多教师和学生认为是由亏损的质量转化而来,导致核反应前后总能量不守恒,实则不然,它是由物体的静能转化而来。以探究爱因斯坦质能方程教学误区 为例进行探究,设正负电子静质量为m,光子频率为探究爱因斯坦质能方程教学误区 。由探究爱因斯坦质能方程教学误区 知最后会得到探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,可见探究爱因斯坦质能方程教学误区 是正负电子反应前的静能,探究爱因斯坦质能方程教学误区 是一对光子的能量,由此可知,核反应过程中能量是守恒的。

教学误区三:根据质能方程,γ光子有能量就应该有质量,这与γ光子质量数为零相矛盾

探究爱因斯坦质能方程教学误区    不矛盾。根据教学误区二分析知道光子的能量为探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,根据探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,可求得γ光子动质量等于探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,而γ光子静质量为0,即γ光子质量数为0,但γ光子总质量不为0,更何况γ光子不可能处于静止状态,所以说γ光子质量数为零是正确的。

教学误区四:根据探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,求探究爱因斯坦质能方程教学误区 时,用原子质量代替原子核质量

通过物理学习得知,原子核的质量要远大于电子的质量,在轻核聚变及重核裂变等核反应过程中,由质能方程变形式探究爱因斯坦质能方程教学误区 计算知亏损的质量探究爱因斯坦质能方程教学误区 也很小,所以电子的质量不能忽略不计,故不能用原子的质量代替原子核的质量,应用“原子的质量减去电子的质量”,得到的才是原子核的质量。以选修3-5模块常见一题为例分析,题目如下:

氦原子的质量探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,电子的质量探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,质子的质量为探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,中子的质量探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,求质子和中子结合成氦原子核时释放的能量是多少?

错解:

因为探究爱因斯坦质能方程教学误区

所以探究爱因斯坦质能方程教学误区

正解:

因为探究爱因斯坦质能方程教学误区

所以探究爱因斯坦质能方程教学误区

通过正解和错解的比较,得知根据爱因斯坦的变形式探究爱因斯坦质能方程教学误区 计算出来的结果相差不大,但作为严谨的物理学科,细微的差别都是不能接受的,如果接受则意味着没弄清楚探究爱因斯坦质能方程教学误区 的真正含义,故电子的质量不能忽略不计。

教学误区五:根据质能方程探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,计算时认为探究爱因斯坦质能方程教学误区

在物理和化学中u是原子质量单位,其中碳12原子质量的探究爱因斯坦质能方程教学误区 就叫原子质量单位,用u表示。1u大约等于探究爱因斯坦质能方程教学误区 ,而931.5MeV是能量,二者不可能相等,只能说二者是相对应的关系,即探究爱因斯坦质能方程教学误区 .

教学误区六:质能方程可怕的应用--原子弹的制造,认为爱因斯坦是制造原子弹专家之一

关于质能方程探究爱因斯坦质能方程教学误区 全新而可怕的应用:原子弹制造。起初是利奥西拉德来劝说爱因斯坦写信给当时美国总统富兰克林罗斯福,因为爱因斯坦的信都会受到总统的特别留意。告诉罗斯福总统德国人打算根据质能方程探究爱因斯坦质能方程教学误区 造出原子弹,而如果他们正在造,美国也必须要采取行动。罗斯福当时回应:因此你担心纳粹会把我们都炸上天?爱因斯坦回答:是的。如此这般,罗斯福立即召来了军事助理并指示需要采取行动。而问题在于谁会抢先一步制造出原子弹,美国还是纳粹德国?在新墨西哥州的荒野,美国政府设立了代号为“曼哈顿”的绝密计划,爱因斯坦的信促成了世界范围内罕见的科学和军队间规模空前的合作,政府当时花费了约22亿美元,相当于当下400500亿美元的购买力,和送人登月费用相当,这被认为对于盟军的安危至关重要。曼哈顿计划将物理学界中最为杰出的头脑们聚集起来,其中有许多是逃离纳粹德国的欧洲科学家,包括西拉德等,而爱因斯坦并不在列。因为他是和平主义者,希冀在和平环境中继续他的科学研究。

 参考文献:

杨凤楼. 爱因斯坦质能方程教学释疑[J]. 中学物理教学参考,201645( 6) :58

李继军. 从经典物理推导爱因斯坦质能方程J]. 河北科技大学学报,201334( 1) :26丁丹华  安徽省安庆市菱湖南路321号安庆市第二中学   18009665983      953562017@qq.com

 

 

 



作者简介: 丁丹华(1983.1-),女,安徽怀宁人,大学本科,理学学士,中学一级教师;研究方向:物理教学。

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