高二物理教科版选修3-4教案：第六章第4节相对论的速度变换公式质能关系含答案

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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対论效应，哪些情况下不必考虑设计思想木节的重点是：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，其运动质量总耍

2、人于静止质量。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蜃相关。教学资源多媒体课件教学设计【课堂引入】在前面的学习屮，遗留一个问题，那就是经典物理屮速度叠加原理与光速不变之间的矛盾，显然经典的速度證加原理在髙速情况下是不适用的，下而我们来认识相对■论的速度證加原理。【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『，则地上观察者观察到它的速度为u则有:u+vv=、UV1+—注意：这一公式仅适用于『与V在一直线上的情况，当『与V

3、相反时，『取负值。下面请人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『+V以及UMe的大小关系。【PPT展示】C3(1)当V’=-u-cH寸24(2)当v‘=cu=c时(3)当vz=-cu=£吋2(学.牛基本能准确快速地代入运算出结果，教师引导学牛分析比较)4-1：第-一问中v=—c,v‘+u=—c,nJ'见v<（v‘+u）并Kv

4、，从二、三两个结果可以看出，/二c吋，不论u如何収值，在什么参考系屮观察，光速都是c。（对于低速物体V’与U与光速相比很小时，根据公式片上乂7可知V’U«C,这时V«UVT+U,这就是经典物理学的速度合成法则。）学习活动二：相对论质量问题：质量m=0.5kg的小球，在F=100N的合力作卅下rfl静止开始加速，求经2X10%它的速度变为多少？可能发生的过程生：据F=n?a可求出a=200m/s2,再据v2=at求得经2X106s时,它的速度为4X108m/s。师：大家觉得这个结果口J能吗？牛：不可能，前面我们已经看到，物体的速度不能超过光速3

5、X108m/so师：问题出在哪里呢？生：可能是物体的质虽发生了变化，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。如果物体静止时质最为m。,以速度v运动时质量为m,则冇:由公式可以看出随v的增加，物体的质量随Z增大。伽c21-(-)2C学习活动三：相对论能量根据前面的相对论质最，爱因斯坦质能联系方程应该变为E=mc2=物体低速运动时，-«1,E二C物体运动的动能为运动时能量和静止时能量&之差：Ek=E-E0C动能E^E-Eq^—（—）2itiqC2=一m（）v22c2这就是经典力学中我们熟悉的动能表达式。由此可

6、以看到，牛顿力学是时的特例。【课堂小结】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-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。【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u--vv=7二、相对论质量三：相对论能量课后测评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，他是否对以根据下-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.永远不可能由口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

7、，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屋，然后进行比较，精确验证了质能方程的正确性。设捕获屮子前的原子质量为mi，捕获中子后的原子质量为m2,被捕获的屮子质量为m?,核反应过程放出的能量为AE,则这一实验需验证的关系式是（）A.AE=（rrii—m2--rrisjc2B.AE=（m1+m3—m2）c2C・AE=（rr^—mi—rri3）c2D.AE=（m2—mi+msJc23、一-个物体静止吋质量为m（）,能量为E°；速度为v时，质虽为m,能量为E,动能为Ek，下列说法正确的是（）A.物体

8、速度为v时能量E=mc2B.物体速度为v时动能Ek=

9、mc2C.物体速度为v时动能Ek=

10、mv2D.物体速度为v时动能Ek=（m—m0）c24、一辆rfl超强力电池