5．3狹義相對論的其他結(jié)論教案人教版選修3-4

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理選修34人教版 第十五章 相對論簡介新課程學(xué)習(xí)15.3 狹義相對論的其他結(jié)論新課標(biāo)要求（一）知識與技能1知道相對論的速度變換公式。2知道相對論質(zhì)量。3知道愛因斯坦質(zhì)能方程。（二）過程與方法培養(yǎng)應(yīng)用相對論時空觀分析研究問題的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀激發(fā)學(xué)生對相對論力學(xué)的探索熱情。教學(xué)重點三個結(jié)論的理解應(yīng)用。教學(xué)難點能辨清在哪些情況下要考慮相對論效應(yīng)，哪些情況下不必考慮。教學(xué)方法在教師的引導(dǎo)下，共同分析、研究得出結(jié)論。教學(xué)用具：投影儀及投影片。教學(xué)過程（一）引入新課師：在第一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，遺留一個問題，那就是經(jīng)典物理中速度疊加原理與光速不變之間的矛盾，顯然經(jīng)典的速度疊加原理在高速情況下是不適用的，下面我們來認(rèn)識相對論的速度疊加原理（二）進(jìn)行新課1相對論的速度變換公式投影如圖，高速火車對地速度為v，車上小球相對于車的速度為u，則地上觀察者觀察到它的速度為u則有：u=注意這一公式僅適用于u與v在一直線上的情況，當(dāng)u與v相反時，u取負(fù)值.下面請大家計算下列三種情況下地面觀察者看到的球速度，并比較u與u+v以及u與c的大小關(guān)系投影問題（1）當(dāng)u= v=c時（2）當(dāng)u=c v=c時（3）當(dāng)u=-c v=時（學(xué)生基本能準(zhǔn)確快速地代入運(yùn)算出結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生分析比較）生1：第一問中u=c，u+v=c，可見u（u+v）并且uc。由此可以看出，合速度比（u+v）要小，這與經(jīng)典速度合成完全不同。生2：第二問中u=cu+v=2c，與上面同學(xué)分析是一致的.生3：第三問中u=-c，表示合速度大小仍然為c，方向與v相反，從二、三兩個結(jié)果可以看出，u=c時，不論v如何取值，在什么參考系中觀察，光速都是c.師：三位同學(xué)分析得很好。對于低速物體u與v與光速相比很小時，根據(jù)公式u=可知uvc，這時uu+v，這就是經(jīng)典物理學(xué)的速度合成法則。2相對論質(zhì)量師：我們先來解一道力學(xué)題。投影質(zhì)量m=0.5 kg的小球，在F=100 N的合力作用下由靜止開始加速，求經(jīng)2106s，它的速度變?yōu)槎嗌?？生：?jù)F=ma可求出a=200 m/s2，再據(jù)v2=at求得經(jīng)2106 s時，它的速度為4108 m/s。師：大家覺得這個結(jié)果可能嗎？生：不可能，前面我們已經(jīng)看到，物體的速度不能超過光速3108 m/s。師：問題出在哪里呢？生：可能是物體的質(zhì)量發(fā)生了變化，隨速度的增加而改變。師：這一猜想很有道理。事實上，嚴(yán)格的論證已經(jīng)證實了這一點。如果物體靜止時質(zhì)量為m0，以速度v運(yùn)動時質(zhì)量為m，則有m=由公式可以看出隨v的增加，物體的質(zhì)量隨之增大。3質(zhì)能方程師：根據(jù)前面的相對論質(zhì)量，愛因斯坦質(zhì)能聯(lián)系方程應(yīng)該變?yōu)镋=mc2=.物體運(yùn)動的動能為運(yùn)動時能量和靜止時能量E0之差：Ek=E-E0物體低速運(yùn)動時，1E=1+（）2m0c2（請同學(xué)們課后查閱有關(guān)數(shù)學(xué)公式）動能Ek=E-E0（）2m0c2=m0v2這就是經(jīng)典力學(xué)中我們熟悉的動能表達(dá)式。由此可以看到，牛頓力學(xué)是vc時的特例。（三）課堂總結(jié)、點評本節(jié)我們通過對相對論速度變換公式、相對論質(zhì)量公式和質(zhì)能方程的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步掌握了相對論原理在高速狀態(tài)下的應(yīng)用，激發(fā)了對相對論力學(xué)的探索熱情。課余作業(yè)完成P116“問題與練習(xí)”的題目。課下閱讀課本內(nèi)容。教學(xué)體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；