高中物理 狭义相对论的其他结论教案 新人教版选修3

1 15 315 3 狭义相对论的其他结论狭义相对论的其他结论 新课标要求新课标要求 一 知识与技能 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 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 三 情感 态度与价值观 激发学生对相对论力学的探索热情 教学重点教学重点 三个结论的理解应用 教学难点教学难点 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 教学方法教学方法 在教师的引导下 共同分析 研究得出结论 教学用教学用具 具 投影仪及投影片 教学过程教学过程 一 引入新课 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 二 进行新课 1 相对论的速度变换公式 相对论的速度变换公式 2 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 2 1 c vu vu 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 c 4 3 2 当 u c v c 时 3 当 u c v 时 2 c 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 u c 由此可以看出 11 10 4 5 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 3 2 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 u v c 这时 u u v 这就是经典物 2 1 c vu vu 理学的速度合成法则 2 相对论质量 相对论质量 3 师 我们先来解一道力学题 投影 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 生 据 F ma可求出 a 200 m s2 再据 v2 at 求得经 2 106 s 时 它的速度为 4 108 m 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 3 108 m 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 2 0 1 c v 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 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 2 2 0 1 c v cm 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 c v E 1 2 m0c2 请同学们课后查阅有关数学公式 2 2 0 1 c v cm 2 1 c v 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 2 1 c v 2 1 可以看到 牛顿力学是 v c 时的特例 4 三 课堂总结 点评 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 握了相对论原理在高速状态下的应用 激发了对相对论力学的探索热情 课余作业课余作业 完成 P116 问题与练习 的题目 课下阅读课本内容 教学体会教学体会 思维方法是解