1、第6章第1节 高速世界【教学目标】一、知识与技能1了解高速世界的两个基本原理。2了解经典物理学的局限性，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。3掌握质速关系与质能关系。二、过程与方法1了解科学家建立相对论的探索过程，认识科学思维的意义，学习科学思维的方法。2通过建立相对论时空观，提高学生认识物质世界的能力。3认识猜想和假设的重要性，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1培养有根据的批判意识，培养勇于创新的科学态度2激发学生对相对论力学的探索热情。3培养学生对逻辑推理形成的结论要有一个科学的接受态度。 【重点难点】1、狭义相对论的两个基本假设。2、相对论的时空观，同时
2、的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。3、质量、能量、速度的联系【教学方法】提出问题、揭示矛盾、引发学生思考，然后通过相对论假设进行逻辑推理，得出结论。【教具准备】多媒体课件【教学过程】（一）新课引入：迈入新世界 在19世纪与20世纪之交（1900年前后），许多人认为物理学这座庄严雄伟、动人心弦的科学殿堂已经基本建成了。只是“物理学晴朗天空的远处，漂浮着两朵小小的令人不安的乌云。” 这两朵“乌云”是：1、迈克尔逊莫雷实验：研究光沿不同方向传播速度的差异。2、热辐射实验：研究热辐射的能量与温度的关系。 这两个实验所观测到的现象用当时已有的物理学理论无法进行合理的解释。正是这两朵的乌云，不久以
3、后酿成了物理学中一场巨大的变革。（二）新课教学一、高速世界的两个基本原理1.经典时空观的运动合成原理（1） 在以20m/s的速度行驶的汽车上，有人以25m/s的速度将一小球水平抛出，在静止于路边的观察者看来，如果小球是向前抛出的，那么小球水平方向的速度为多少？ 小球水平方向的的速度为两速度之和。如果小球是向后抛出的，小球水平方向的速度又是多少？ 小球水平方向的的速度为两速度之差。2.若一束光以速度c向前传播，相对于地面以速度v和光传播同向运动的人，观察到光的传播速度是多少？若人相对于地面以速度v和光传播相反方向运动，她观察到的光的传播速度是多少？根据速度合成的法则：第一种情况人看到的光速应是c
4、+v，第二种情况应是c-v。3. 物体运动的速度能不能超过光速 如果抛出的小球的速度超过光的传播速度，则观察者将会先观察到B接到A扔出来的小球，再看到A把小球扔出来的动作。这样将会导致因果关系被破坏。4. 光速不符合经典的速度合成规律1000余年前的一次非常著名超新星爆炸，前后历时22个月。其残骸形成金牛座中的蟹状星云。若光速符合经典的速度合成律，则地面将持续25年可观察到超新星爆发所发出的强光。5.迈克尔逊-莫雷实验证明“以太”不存在 1887年，物理学家迈克尔逊和莫雷用自己发明的仪器进行了精密的光的干涉实验，证明以太并不存在。6.爱因斯坦两个基本假设：（1）相对性原理：物理规律在一切惯性参
5、照系中都具有相同的形式。（2）光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速C都一样。二、时间延缓效应1.爱因斯坦理想实验设车上的观察者测得两事件间隔t时间，地面上的观察者测得两事件间隔t时间，车厢匀速前进速度为v。可以得出：t=师：从上式可以发现哪一位观察者感觉时间长？生：地上的观察者感觉时间间隔较长。例1：一对孪生兄弟，出生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速度v=c）分析：已知飞船观察者甲经时间t=30年，地面上的观察者乙经过时间为t=年=60年可见甲的孪生兄弟已经60岁了。2.“钟慢效应”是运动参考
6、系中的时间节奏变慢了。就是运动参考系中的一切物理过程、化学过程、生物过程都变慢了。3.时间延缓早已被高能粒子的许多实验所证实。三、长度收缩效应下面用动画说明以便于理解： 火车在参照系中处于静止状态。一个静止物体在其参照系中的长度被称作他的“正确长度”。火车的正确长度是180。当火车在运动，用更长、更准确的话来讲：我们相对于某参照系，发现它（火车）在运动。长度收缩原理指出在此参照系中运动的火车要短一些。 这种收缩并非幻觉。当火车从我们身边经过时，任何精确的试验都表明其长度比静止时要短。火车并非看上去短了，它的确短了！然而，它只在其运动方向上收缩。火车是水平运动的，因此它的水平方向变短。你可能已经
7、注意到，火车在垂直方向的长度是一样的。l和l之间有如下关系：师：一个杆，当它沿自身方向相对于测量者运动时，测量者的测量结果如何？生：变短了。师：若杆沿着垂直自身方向相对测量者运动呢？生：应该一样。师：如果一个人在地上量好一根静止杆的长度是l，他将这根杆带到以0.5c速度运动的飞船上，坐在飞船上测量这根杆的长度又是多少？生：应该是L，可以从公式l=l0求出。师：大家看对吗？（少数人赞同，多数人沉默）教师引导学生讨论，强调参考系的相对运动是长度缩短的原因，即观察者与被测物间的相对运动才是长度缩短的原因，进而否定上述答案，得到杆长仍为l的结果还可发挥学生想像力，鼓励学生想象高速运动下的长度变化，加深
8、对长度相对性的理解。四、质速关系【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。五、质能关系爱因斯坦质能关系式：E=mc2也可以表示为：E=mc2上式表示，随着一个物体质量的减少，会释放出一定的能量，与此同时，另一个物体吸收了能量，质量也会随之增加。六、时空弯曲爱因斯坦的广义相对论加速和引力是等效的，加速运动能够使光线弯曲，那么，引力也能使光线弯曲。光线在引力场中的弯曲可等效为空间本身被引力弯曲了。（三）课堂小结1、狭义相对论的两个基本假设。2、时间延缓t=3、长度收缩：4、质速关系m=5、质能关系E=mc26、爱因斯坦的广义相对论（四）布置作业：1、课本P118作业