1、狭义相对论的其他结论新课标要求(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。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)进行新课
2、1相对论的速度变换公式投影如图,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=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=c v=c时(3)当u=-c v=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uc。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.
3、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uvc,这时uu+v,这就是经典物理学的速度合成法则。2相对论质量师: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2106s,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2106 s时,它的速度为4108 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
4、能超过光速3108 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=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=1+()2m0c2(请同学们课后查阅有关数学公式)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。由此可以看到,牛顿力学是vc时的特例。(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。