高三物理第三册狭义相对论的其它三个结论VIP免费

狭义相对论的其它三个结论●教学目标一、知识目标1.知道相对论的速度叠加公式.2.知道相对论质量.3.知道爱因斯坦质能方程.二、能力目标培养应用相对论时空观分析研究问题的能力.三、德育目标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.●课时安排1课时●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、新课教学（一）相对论速度叠加公式［投影］如图23—4，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时用心爱心专心图23—43.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u＜c.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u′v《c，这时u≈u′+v，这就是经典物理学的速度合成法则.（二）相对论的质量［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2×106s，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2×106s时，它的速度为4×108m/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3×108m/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.(以回旋加速器为例，讨论为什么粒子加速时能量要受到限制，还可结合练习三（1）（2）题进行讨论)（三）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，«1E=m0c2［1-()2］-≈［1+()2］m0c2(请同学们课后查阅有关数学公式)动能Ek=E-E0≈()2m0c2=m0v2用心爱心专心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.（教师带领学生讨论练习三（3）题，加深对是否考虑相对论效应以及质能方程的理解）三、小结本节我们通过对相对论速度叠加公式、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.四、布置作业练习三（1）、（2）、（3）五、板书设计（一）相对论速度叠加公式u=v为高速火车速度，u′为物体对车速度u为物体对地速度（二）相对论质量m=m0为静止质量，m是速度为v时的质量.(三)质能方程E=mc2=动能：Ek==E-E0=-m0c2Ek≈m0v2(v«c时)用心爱心专心