高中物理第六章相对论第4节相对论的速度变换公式质能关系教案教科版选修3_4

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1、四、相对论的速度变换公式质能关系教学目标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重点难点重点：三个结论的理解应用难点：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设计思想本节的重点是：在狭义相对论的两个原理基础上，进一步强调在光速极限条件下，经典的伽利略速度叠加的法则不再适用，而要用相对论条件下由洛伦兹变换得到的速度叠加公式。注意教科书中得到的相对论推论式只适用于在同一直线匀速运动的条件，其他情况较复杂。质速关系结论揭示了质量和速度的相互联系，突破难点的关键是明确物体的速度v永远小于光速，其运动质量总要大于静止质量

2、。著名的爱因斯坦质能方程揭示了质量和能量的相互联系，要进一步了解这是能量的另一种形式，物体的静能量与静质量相关。教学资源多媒体课件教学设计【课堂引入】在前面的学习中，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。【课堂学习】学习活动一：相对论的速度变换【PPT展示】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：v=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

3、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。【PPT展示】（1）当v′=uc时（2）当v′=cu=c时（3）当v′=-cu=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v=c，v′+u=c，可见v＜（v′+u）并且v＜c。由此可以看出，合速度比（v′+u）要小，这与经典速度合成完全不同。生2：第二问中v=cv′+u=2c，与上面同学分析是一致的。生3：第三问中v=-c，表示合速度大小仍然为c，方向与u相反，从二、三两个结果可以看出，v′=c时，不论u如何取值，在什么参考系中观察，光速都是c。（

4、对于低速物体v′与u与光速相比很小时，根据公式v=可知v′u<

5、。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。学习活动三：相对论能量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，<<1，E=≈［1+（）2］m0c2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v<

6、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。【板书设计】第四节相对论的速度变换公式质能关系一、相对论的速度变换v=二、相对论质量m=三：相对论能量E=mc2=课后测评1、如果宇航员驾驶一艘宇宙飞船，以接近光速的速度朝某一星球飞行，他是否可以根据下列变化感觉到自己在运动（）A．身体质量在减小B．心脏跳动变慢C．身体质量在增加D．永远不可能由自身的变化知道他是否在运动2、为了直接验证爱因斯坦狭义相对论中著名的质能方程，E=mc2科学家用中子轰击硫原子，分别测出原子捕获中子前后质量的变化以及核反应过程放出的能量，然后进行比较，精确验证了质能方程的

7、正确性。设捕获中子前的原子质量为m1，捕获中子后的原子质量为m2，被捕获的中子质量为m3，核反应过程放出的能量为ΔE，则这一实验需验证的关系式是（）A．ΔE=(m1－m2－m3)c2B．ΔE=(m1+m3－m2)c2C．ΔE=(m2－m1－m3)c2D．ΔE=(m2－m1+m3)c23、一个物体静止时质量为m0，能量为E0；速度为v时，质量为m，能量为E，动能为Ek，下列说法正确的是（）A．物体速度为v时能量E＝mc2B．物体速度为v时动能Ek＝mc2C．物体速度为v时动能Ek＝mv2D．物体速度为v时动能Ek＝(m－m0)c24、一辆由超强力电池供电的

8、摩托车和一辆普通有轨电车，都被加速到接近光速．在我们的静止参考系中进行测量，哪辆