2019-2020年高中物理（人教大纲版）第三册 第二十三章 相对论简介 三、狭义相对论的其他结论(第一课时)

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1、2019-2020年高中物理（人教大纲版）第三册第二十三章相对论简介三、狭义相对论的其他结论(第一课时)●本节教材分析本节教材在上节时间间隔相对性和长度相对性的基础上直接引入了相对论的速度叠加公式，质量公式和爱因斯坦质能联系方程.对公式本身的学习和理解不会有特别的困难，教学中要注意通过实例分析训练使学生能够辨清在哪些情况下要考虑相对论效应，哪些情况不必考虑.课后的练习题2提供了一个很有价值的实例，做完题目后要帮助学习分析它的物理意义，以加深对前面结论的理解.教学中还可以选择一些相关计算进行训练，巩固三个结

2、论.●教学目标一、知识目标1.知道相对论的速度叠加公式.2.知道相对论质量.3.知道爱因斯坦质能方程.二、能力目标培养应用相对论时空观分析研究问题的能力.三、德育目标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.●课时安排1课时●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

3、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、新课教学（一）相对论速度叠加公式［投影］如图23—4，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图23—4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′=-cv=时（学生基本能准确快速地代入运算出结果

4、，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《c，这时u≈u′+v，这就是经典物理学的速度合成法

5、则.（二）相对论的质量［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，严格的论证已经证实了这一点.如果

6、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.(以回旋加速器为例，讨论为什么粒子加速时能量要受到限制，还可结合练习三（1）（2）题进行讨论)（三）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=m0c2［1-()2］-≈［1+()2］m0c2(请同学们课后查阅有关数学公式)动能Ek=E-E0≈()2m0c2=m0v2这就是经典力学中我们熟

7、悉的动能表达式.由此可以看到，牛顿力学是v«c时的特例.（教师带领学生讨论练习三（3）题，加深对是否考虑相对论效应以及质能方程的理解）三、小结本节我们通过对相对论速度叠加公式、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、布置作业练习三（1）、（2）、（3）五、板书设计（一）相对论速度叠加公式u=v为高速火车速度，u′为物体对车速度u为物体对地速度（二）相对论质量m=m0为静止质量，m是速度为v时的质量.(三)质能方程E=mc2=动能：Ek==

8、E-E0=-m0c2Ek≈m0v2(v«c时）六、本节优化训练设计1.星际火箭以0.8c的速率飞行，其运动质量为静止质量的多少倍？2.冥王星绕太阳公转的线速率为4.83×103m/s.求其静止质量为运动质量的百分之几？3.处于恒星际站上的观测者测得两个宇宙飞船以0.99c的速率沿相反方向离去，问自一火箭测得另一火箭的速率是多少？参考答案：1.2.99.9993%3.0.99995c