高中物理《狭义相对论的其他结论》教学教案.doc

高中物理狭义相对论的其他结论教学教案 【教学目标】 （一）知识与技能 1知道相对论的速度变换公式。 2知道相对论质量。 3知道爱因斯坦质能方程。 （二）过程与方法 培养应用相对论时空观分析研究问题的能力。 （三）情感、态度与价值观 激发学生对相对论力学的探索热情。 【教学重点】三个结论的理解应用。 【教学难点】能辨清在哪些情况下要考虑相对论效应，哪些情况下不必考虑。 【教学方法】在教师的引导下，共同分析、研究得出结论。 【教学用具】投影仪及投影片。 【教学过程】 （一）引入新课 师：在第一节内容的学习中，遗留一个问题，那就是经典物理中速度叠加原理与光速不变之间的矛盾，显然经典的速度叠加原理在高速情况下是不适用的，下面我们来认识相对论的速度叠加原理 （二）进行新课 1相对论的速度变换公式 投影如图，高速火车对地速度为v，车上小球相对于车的速度为u，则地上观察者观察到它的速度为u 则有：u= 注意这一公式仅适用于u与v在一直线上的情况，当u与v相反时，u取负值. 下面请大家计算下列三种情况下地面观察者看到的球速度，并比较u与u+v以及u与c的大小关系 投影问题 （1）当u=v=c时 （2）当u=cv=c时 （3）当u=-cv=时 （学生基本能准确快速地代入运算出结果，教师引导学生分析比较） 生1：第一问中u=c，u+v=c，可见u（u+v）并且uc。由此可以看出，合速度比（u+v）要小，这与经典速度合成完全不同。 生2：第二问中u=cu+v=2c，与上面同学分析是一致的. 生3：第三问中u=-c，表示合速度大小仍然为c，方向与v相反，从二、三两个结果可以看出，u=c时，不论v如何取值，在什么参考系中观察，光速都是c. 师：三位同学分析得很好。对于低速物体u与v与光速相比很小时，根据公式u=可知uv 2相对论质量 师：我们先来解一道力学题。 投影质量m=0.5kg的小球，在F=100N的合力作用下由静止开始加速，求经2106s，它的速度变为多少？ 生：据F=ma可求出a=200m/s2，再据v2=at求得经2106s时，它的速度为4108m/s。 师：大家觉得这个结果可能吗？ 生：不可能，前面我们已经看到，物体的速度不能超过光速3108m/s。 师：问题出在哪里呢？ 生：可能是物体的质量发生了变化，随速度的增加而改变。 师：这一猜想很有道理。事实上，严格的论证已经证实了这一点。如果物体静止时质量为m0，以速度v运动时质量为m，则有 m= 由公式可以看出随v的增加，物体的质量随之增大。 3质能方程 师：根据前面的相对论质量，爱因斯坦质能联系方程应该变为E=mc2=. 物体运动的动能为运动时能量和静止时能量E0之差： Ek=E-E0 物体低速运动时，1 E=1+（）2m0c2（请同学们课后查阅有关数学公式） 动能Ek=E-E0（）2m0c2=m0v2 这就是经典力学中我们熟悉的动能表达式。由此可以看到，牛顿力学是v （三）课堂总结、点评 本节我们通过对相对论速度变换公式、相对论质量公式和质能方程的学习，进一步掌握