高二物理人教版選修35狹義相對(duì)論的其他結(jié)論

1、.狹義相對(duì)論的其他結(jié)論重/難點(diǎn)重點(diǎn)：三個(gè)結(jié)論的理解。難點(diǎn)：三個(gè)結(jié)論的理解應(yīng)用。重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：通過(guò)對(duì)相對(duì)論速度變換公式、相對(duì)論質(zhì)量公式和質(zhì)能方程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握相對(duì)論原理在高速狀態(tài)下的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)相對(duì)論力學(xué)的探究熱情。難點(diǎn)分析：相對(duì)論速度變換公式，是根據(jù)相對(duì)論理論中的洛倫茲變換推出的結(jié)論，只適用于同一直線運(yùn)動(dòng)物體速度的疊加。對(duì)于更復(fù)雜的速度的疊加， 此公式不適用。牛頓力學(xué)是相對(duì)論力學(xué)在低速情況下的特例。質(zhì)能關(guān)系式從理論上預(yù)言了核能釋放及原子能利用和原子彈研制的可能性，讓學(xué)生體會(huì)相對(duì)論對(duì)核物理的奉獻(xiàn)作用。打破策略一引入新課師：在第一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，遺留一個(gè)問(wèn)題，那就是經(jīng)典物理中

2、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(lái)認(rèn)識(shí)相對(duì)論的速度疊加原理。二進(jìn)展新課1相對(duì)論的速度變換公式投影如圖，高速火車(chē)對(duì)地速度為v，車(chē)上小球相對(duì)于車(chē)的速度為u，那么地上觀察者觀察到它的速度為u那么有：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(shí)，u取負(fù)值。下面請(qǐng)大家計(jì)算以下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(wèn)題1當(dāng)u= v=c時(shí)2當(dāng)u=c v=c時(shí)3當(dāng)u=-c v=時(shí)學(xué)生根本能準(zhǔn)確快速地代入運(yùn)算出結(jié)果，老師引導(dǎo)學(xué)生分析比較生1：第一問(wèn)中u=c，u+v=c，可見(jiàn)uu+v并且uc。由此可以看出

3、，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(wèn)中u=c，u+v=2c，與上面同學(xué)分析是一致的。生3：第三問(wèn)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(gè)結(jié)果可以看出，u=c時(shí)，不管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(duì)于低速物體u與v與光速相比很小時(shí)，根據(jù)公式u=可知uv<<c，這時(shí)uu+v，這就是經(jīng)典物理學(xué)的速度合成法那么。例1. 假如在以每小時(shí)50公里的速度運(yùn)行的火車(chē)上，一位乘客以每小時(shí)5公里的速度朝著車(chē)頭方向行走。那么相對(duì)路軌而言，這位乘客的速度是多少？解析：顯然，他前進(jìn)的速度是每小時(shí)55公里。這一答復(fù)是根據(jù)速度相

4、加定理得出來(lái)的。而且我們認(rèn)為，這一答復(fù)毫無(wú)疑問(wèn)是正確的。確實(shí)是這樣的：火車(chē)一小時(shí)運(yùn)行50公里，火車(chē)上的人又在這一小時(shí)內(nèi)行走了5公里。于是人一共走了55公里。但是，因?yàn)橛幸粋€(gè)最高速度的存在，所以使速度相加定理不能普遍適用。比方說(shuō)，愛(ài)因斯坦火車(chē)上的乘客以每秒100000公里的速度行進(jìn)，那么相對(duì)路軌而言，它的速度就是每秒340000公里，但是由于這一速度超過(guò)了光速，所以這樣的速度是根本不可能的。2相對(duì)論質(zhì)量師：我們先來(lái)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(kāi)場(chǎng)加速，求經(jīng)，它的速度變?yōu)槎嗌伲可簱?jù)F=ma可求出，再據(jù)求得經(jīng)時(shí)，它的速度為。師：大家覺(jué)得這個(gè)結(jié)果可

5、能嗎？生：不可能，前面我們已經(jīng)看到，物體的速度不能超過(guò)光速。師：?jiǎn)栴}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：這一猜測(cè)很有道理。事實(shí)上，嚴(yán)格的論證已經(jīng)證實(shí)了這一點(diǎn)。假如物體靜止時(shí)質(zhì)量為，以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量為m，那么有m=由公式可以看出隨v的增加，物體的質(zhì)量隨之增大。例2. 兩個(gè)電子相向運(yùn)動(dòng)，每個(gè)電子對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的速度都是C，它們的相對(duì)速度是多少？在實(shí)驗(yàn)室中觀測(cè)，每個(gè)電子的質(zhì)量是多少？計(jì)算結(jié)果中的光速C和電子的靜質(zhì)量不必代入數(shù)值。解析：設(shè)在實(shí)驗(yàn)室中觀察，甲電子向右運(yùn)動(dòng)，乙電子向左運(yùn)動(dòng)、假設(shè)以乙電子為“靜止參考系，即O系，實(shí)驗(yàn)室記為O系就以C的速度向右運(yùn)動(dòng)，即O系相對(duì)于O系

6、的速度為v=C 。甲電子相對(duì)于O系的速度為u=C。這樣，甲電子相對(duì)于乙電子的速度就是在O系中觀測(cè)到的甲電子的速度u，根據(jù)相對(duì)論的速度合成公式，這個(gè)速度是 u=在實(shí)驗(yàn)室中觀測(cè)，每個(gè)電子的質(zhì)量是: m=3質(zhì)能方程師：根據(jù)前面的相對(duì)論質(zhì)量，愛(ài)因斯坦質(zhì)能聯(lián)絡(luò)方程應(yīng)該變?yōu)椤Ｎ矬w運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為運(yùn)動(dòng)時(shí)能量和靜止時(shí)能量之差：物體低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，<<1請(qǐng)同學(xué)們課后查閱有關(guān)數(shù)學(xué)公式動(dòng)能這就是經(jīng)典力學(xué)中我們熟悉的動(dòng)能表達(dá)式。由此可以看到，牛頓力學(xué)是v<<c時(shí)的特例。例3.在例2中，在實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)，兩個(gè)電子的總動(dòng)能是多少？以一個(gè)電子為參考系，兩個(gè)電子的總動(dòng)能又是多少？計(jì)算時(shí)由電子運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量減去靜止時(shí)的能量就得到電子的動(dòng)能解析：在實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)，兩個(gè)電子的總動(dòng)能為:相對(duì)于乙電子，甲電子的質(zhì)量是 因此，以乙電子為參考系，甲電子的動(dòng)能為:物理學(xué)的研究常常要利用高速粒子的互相撞擊。通過(guò)這個(gè)習(xí)題我們看到，為使互相碰撞的粒子到達(dá)一定的相對(duì)速度，同時(shí)加速兩束粒子，使它們迎頭相撞，這樣所需的能量要比只加速一束粒子，用它去轟擊靜止的靶所需的能量少，因此在技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)。這就是為什么有時(shí)候人們使用粒子對(duì)撞機(jī)，而不用普通加速器的原因。打破反思本次課重點(diǎn)是