第十五章三、四节导学案

湖北省教育科学 十二五 规划重点课题 湖北省普通高中高效课堂导学案分层开发与应用研究 1 第十五章第十五章 相对论简介相对论简介 第三节第三节 狭义相对论的其他结论狭义相对论的其他结论 第四节第四节 广义相对论简介广义相对论简介 葛洲坝中学葛洲坝中学 陈福超陈福超 高效学习指导案高效学习指导案 分层学习目标分层学习目标 A 级 理解宏观物理的动能与质量的关系 理解广义相对论的两个基本假设 B 级 理解相对论速度公式与伽利略变换的速度公式的和谐统一 理解广义相对论的 几个结论 C 级 了解狭义相对论的速度变换公式 相对论质量和质能方程 自我确定目标 级别 理由 学习方式 重点学习内容重点学习内容 1 相对论的速度变换公式 2 相对论质量 3 爱因斯坦质能方程 难点问题预设难点问题预设 1 理解相对论的速度变换公式 爱因斯坦质能方程 难于理解的是 2 利用相对论的速度变换公式 相对论质量及质能方程解决一些简单问题 难点在于 高效预习探究案高效预习探究案 预习思考选题预习思考选题 1 相对论的速度变换公式是什么 2 相对论质量的表达式是什么 3 质能方程的内容是什么 4 广义相对论的两个基本假设是什么 5 广义相对论的结论有哪些 归纳总结 归纳总结 在 情况 下 经典的速度变换公式不适用 此时的 速度变换公式为 相对论认 为 物体的质量会随着物体速度的增大而 其表达式为 其中 各物理量的含义为 爱因斯坦 质能方程表达式为 重难点合作探究重难点合作探究 探究案例 1 设高速运动的火车对地面 的速度为 v 车上的人以速度 u 沿火车前 进的方向相对火车运动 人对地的速度为 u 则有 注意这一公式仅 2 1 c vu vu u 湖北省教育科学 十二五 规划重点课题 湖北省普通高中高效课堂导学案分层开发与应用研究 2 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 请计算下列三种情况下人对地的速度 u 1 当 u v c 时 2 c 4 3 2 当 u c v c 时 3 当 u c v 时 2 c 合作探究点拨合作探究点拨 对于低速运动的物体 u 与 v 与光速相比很小 根据公式 u 可知 u v c 这时 u u v 2 1 c vu vu 这就是经典物理学的速度合成法则 探究案例 2 质量 m 0 5 kg 的小球 在 F 100 N 的合力作用下由静止开始加速 求经 2 106s 它的速度变为多少 这个结 果可能发生吗 合作探究点拨合作探究点拨 物体的速度不能超过光速 3 108 m s 是物体的质量发生了变化 随 速度的增加而改变 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 2 0 1 c v m 探究案例 3 静止时质量是 1kg 的物体 以 10m s 的速度运动 它具有的动能是多 少 与这个动能相对应 它的质量增加了 多少 合作探究点拨合作探究点拨 根据爱因斯坦质能方 程 物体运动的动 2 2 02 1 c v cm mcE 能EK为运动时能量 E 和静止时能量E0之 差 0 EEEK 物体低速运动时 即 1 c v 1 2 2 2 0 1 c v cm E 2 1 c v m0c2 请同学们课后查阅有关数学公式 动能 Ek E E0 2m0c2 m0v2 2 1 c v 2 1 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 c 时 的特例 自我小结自我小结 质疑问难 质疑问难 预习探究自我评价预习探究自我评价 1 下列说法正确的是 湖北省教育科学 十二五 规划重点课题 湖北省普通高中高效课堂导学案分层开发与应用研究 3 A 力学规律在任何参考系中都是相同 的 B 在所有惯性系中物理规律都是相同 的 C 在高速运动情况下 惯性系中的物 理规律也不一定相同 D 牛顿运动定律在非惯性系中不变 2 冥王星绕太阳公转的线速率为 4 83 103 m s 求其静止质量为运动质量的百分 之几 3 北京正负电子对撞机中电子的动能为 2800MeV 求此电子的速率比光速小多 少 4 一立方体物体静止时的体积为 V 质量 为 m 当该物体沿一条棱以速度 v 运动 时 它的体积变为多少 5 有两火箭 A B 沿同一直线相向运动 测得二者相对于地球的速度大小分别为 0 9c 和 0 8c 求在 A 上测 B 相对于 A 的运动速度 自我小结自我小结 质疑问难 质疑问难 高效练习拓展案高效练习拓展案 达标自测达标自测 1 设某人在以速度为 0 5c 的飞船上 打开 一个光源 则下列说法正确的是 A 飞船正前方地面上的观察者看到这一 光速为 1 5c B 飞船正后方地面上的观察者看到这一 光速为 0 5c C 在垂直飞船前进方向地面上的观察者 看到这一光速是 c D 在地面上任何地方的观察者看到的光 速都是 c 2 一个物体静止时质量为 m0 能量为 E0 速度为 v 时 质量为 m 能量为 E 动能为 Ek 下列说法正确的是 A 物体速度为 v 时能量 E mc2 B 物体速度为 v 时动能 Ek mc2 1 2 C 物体速度为 v 时动能 Ek mv2 1 2 D 物体速度为 v 时动能 Ek m m0 c2 3 根据爱因斯坦质能方程 以下说法错误 的是 A 任何核反应 只要伴随能量的产生 则反应前后各物质的质量和一定不相 等 B 太阳不断地向外辐射能量 因而太阳 的总质量一定不断减小 C 虽然太阳不断地向外辐射能量 但它 的总质量是不可改变的 D 若地球从太阳获得的能量大于地球向 外辐射的能量 则地球的质量将不断 增大 4 下列属于广义相对论结论的是 A 尺缩效应 B 时间变慢 湖北省教育科学 十二五 规划重点课题 湖北省普通高中高效课堂导学案分层开发与应用研究 4 C 光线在引力场中弯曲 D 物体运动时的质量比静止时大大 5 下列属于狭义相对论结论的是 A 尺缩效应 B 时间变慢 C 光线在引力场中弯曲 D 水星近日点的进动 6 关于相对论 下列说法正确的是 A 在不同的惯性参考系中 一切物理规 律都是相同的 B 真空中的光速在不同的惯性参考系中 都是相同的 C 一条沿自身长度方向运动的杆 其长 度总比杆静止时的长度大 D 在任何参考系中 物理规律都不是相 同的 7 甲在接近光速的火车上看乙手中沿火车 前进方向放置的尺子 同时乙在地面上 看甲手中沿火车前进方向放置的尺子 则下列说法正确的是 A 甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自 己手中的尺子长度大 B 甲看到乙手中的尺子长度比乙看到自 己手中的尺子长度小 C 乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自 己手中尺子长度大 D 乙看到甲手中的尺子长度比甲看到自 己手中尺子长度小 8 为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著 名的质能方程 E mc2科学家用中子轰 击硫原子 分别测出原子捕获中子前后 质量的变化以及核反应过程放出的能量 然后进行比较 精确验证了质能方程的 正确性 设捕获中子前的原子质量为 m1 捕获中子后的原子质量为 m2 被捕 获的中子质量为 m3 核反应过程放出的 能量为 E 则这一实验需验证的关系 式是 A E m1 m2 m3 c2 B E m1 m3 m2 c2 C E m2 m1 m3 c2 D E m2 m1 m3 c2 9 处于恒星际站上的观测者测得两个宇宙 飞船以 0 99c 的速率沿相反方向离去 问自一火箭测得另一火箭的速率是多少 10 一体积为V 质量为 m0的立方体沿某 一棱方向相对观察者 A 以速度运动 v 则观察者 A 测得密度为 11 把电子从速率增加到 1 0 90c 时 电子的质量增加了多少 2 0 99c 能量增加了多少 12 选做题 如果将电子由静止加速到速 率为 0 10c 需对它做多少功 如果将 电子由速率为 0 80c 加速到