2019-2020年高中物理 《奇特的相对论效应》教案 沪科版选修3-4

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1、2019-2020年高中物理《奇特的相对论效应》教案沪科版选修3-4【教学目标】一、知识与技能：1、理解时间间隔的相对性——运动时钟延缓；2、理解运动长度的相对性——运动长度收缩；3、了解运动物体质量与与运动速度的关系；4、了解爱因斯坦质能关系；5、了解相对论时空观的深刻变革。二、过程与方法：让学生通过狭义相对论的时空观下，一系列物理规律与经典物理学中相关规律的区别及关系，使学生认识到自洽性检验是科学理论研究的一个基本方法。三、情感态度和价值观：使学生认识狭义相对论中一系列物理规律实际上是新时空观下的真理，更具有普遍性；而经典物理学

2、的规律是相对论相关规律在低速情况下的特例；体会物理学中蕴含的简单与和谐之美（质能方程等）。【学情分析】学生通过前面的学习已经了解了狭义相对论的时空观及其基本原理，以及洛伦兹变换、同时的相对性等，学习本节知识实际上是前边知识的扩展和延伸，学生学习仍有相当大的难度。但是已经具备了学习本节知识的基础准备。【教学思路】立足新的时空观——爱因斯坦时空观，即狭义相对论的时空观，利用已有知识推导理解新结论，建立新的概念和规律；把相对论中的规律与经典物理学中的相应规律进行对比，理解新的观念和规律。【教学重点】介绍狭义相对论的时空观下，得到的一些新的

3、结论。通过介绍，使学生对狭义相对论有一个较为全面的了解。【教学难点】得到新结论的过程，以及对新结论的意义理解。【教学方法】探究式讲授法、讨论和练习。【教学过程】一、引入新课复习：1、狭义相对论的两个基本公设是什么？2、狭义相对论的时空观有什么特点？狭义相对论中同时的相对性是什么意思？3、洛伦兹变换的公式是什么？在学生思考讨论回答之后，将正确的结论通过多媒体进行展示。引入新课：提出时钟延缓的相关情境和问题：假设惯性系X′以速度v相对惯性系X运动设物体在运动的惯性参考系X′中某处x′,物体从t′1时刻到t′2时刻完成某一物理过程，则这一

4、物理过程进行的时间为Δt′=t′2－t′1那么在静止的参考系X中测量这一物理过程进行的时间Δt与Δt′相等吗？Δt与Δt′有什么关系呢？运动时钟延缓探究Δt与Δt′有什么关系（利用洛伦兹变换进行推导）：设在惯性系X中，观测到该物理过程开始和结束的时刻分别为t2和t1，则Δt=t2－t1，利用洛伦兹变换可知t1与t′1关系以及t2与t′2的关系为和所以有表达式的意义：如果在惯性系X′中测量某一物理过程经历的时间为∆τ，则在惯性系X中测量的这一过程经历的时间∆t总要长一些。∆t与∆t′的关系为：这种效应简称为“时钟延缓”。在v<

5、况下，≈1，故∆t≈∆t′。也就是说，低速情况下这种效应将很不明显，与经典力学得到的结论将是一致的。运动长度收缩假设惯性系X′以速度v沿x轴方向相对惯性系X运动，在惯性系X′中有一根沿运动方向x′轴方向静止的棒，如果在惯性系X′中其两端的x′坐标分别为x1′和x2′，测量得其长度为l′，则有l′=x2′－x1′，测量那么在惯性系X中测量的棒的长度l与在惯性系X′中测量得其长度为l′有什么关系？显然，由于在惯性系X中观测，棒是运动的，故测量其两端的位置坐标x1和x2时，必须同时进行（设是在t时刻进行测量的）。才有测量长度l=x2－x1

6、。由洛伦兹变换的逆变换式可知和故有即所以在惯性系X中测量的棒的长度l与在惯性系X′中测量得其长度为l′的关系为表达式的意义：在惯性系X中测量的棒的长度l总要短一些。l与l′的关系为：这种效应简称为“尺缩效应”。在v<

7、式仍然是由狭义相对论的基本原理得到的）表达式的意义：运动物体的质量会随着速度的增大而变大。在v<

8、化是相对应的。能量的变化∆E质量变化∆m的关系为∆E=∆mc2。在核反应中我们将应用此式计算释放或吸收的能量。时空观的深刻变化爱因斯坦狭义相对论的时空观是人类时空观发展史上的一次重大变革，相对论时空观与经典物理学的绝对时空观的区别主要