物理选修3-4人教版全册精品教学案 15.3

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1、选修3-415.3狭义相对论的其他结论【教学目标】（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

2、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u4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′=cv=c时（3）当u′=-

3、cv=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u＜c。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.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u′v<

4、≈u′+v，这就是经典物理学的速度合成法则。2．相对论质量4师：我们先来解一道力学题。［投影］质量m=0.5kg的小球，在F=100N的合力作用下由静止开始加速，求经2×106s，它的速度变为多少？生：据F=ma可求出a=200m/s2，再据v2=at求得经2×106s时，它的速度为4×108m/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3×108m/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

5、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+（）2］m0c2（请同学们课后查阅有关数学公式）4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。（四）课余作业4