教法分析15.3 狭义相对论的其他结论
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15.3 狭义相对论的其他结论课标要求1.知道相对论的速度变换公式。
.知道相对论的速度变换公式。
2.知道相对论质量。
.知道相对论质量。
3.知道爱因斯坦质能方程。
.知道爱因斯坦质能方程。
引入新课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识相对论的速度叠加原理一、相对论的速度变换公式通过狭义相对论两个原理的学习,知道光对任何物体的运动速度都一样,物体运动的极限速度都不可能越过真空中的光速。
在宏观低速运动条件下,伽利略的速度叠加原理简单有效。
但对高速运动的物体及微观高速粒子,速度的叠加原理与传统经典观念矛盾,必须要考虑相对论效应。
观念矛盾,必须要考虑相对论效应。
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:u =21cv u v 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 的大小关系的大小关系(1)当u ′=2c v =43c 时 (2)当u ′=c v =c 时(3)当u ′=-c v =2c 时 第一问中u =1110c ,u ′+v =45c ,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。
第二问中u =32cu ′+v =2c ,与上面分析是一致的. 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 . 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 =21cv u v 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则。
《狭义相对论的其他结论》说课稿尊敬的各位评委、老师们:大家好!今天我说课的题目是“狭义相对论的其他结论”。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教学方法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析“狭义相对论的其他结论”是高中物理选修 3-4 中的重要内容。
这部分知识是在学生已经学习了狭义相对论的基本原理和时空相对性的基础上,进一步探讨相对论所带来的其他重要结论。
通过对这部分内容的学习,学生能够更深入地理解相对论的内涵,拓宽物理思维,同时也为后续学习广义相对论打下基础。
教材在内容编排上,先通过理论推导得出相对论速度变换公式、相对论质量和质能方程等重要结论,然后通过实例和应用加深学生对这些结论的理解。
二、学情分析学生在之前的学习中已经初步了解了狭义相对论的基本概念和时空相对性,但对于相对论的其他结论可能还比较陌生,理解起来可能存在一定的困难。
高中生已经具备了一定的逻辑思维能力和数学基础,但相对论的概念较为抽象,需要教师通过生动形象的例子和深入浅出的讲解,帮助学生克服困难,理解新知识。
三、教学目标1、知识与技能目标(1)理解相对论速度变换公式,能够进行简单的计算。
(2)掌握相对论质量的表达式,理解质量与速度的关系。
(3)理解质能方程,知道质量和能量的等价性。
2、过程与方法目标(1)通过理论推导和数学计算,培养学生的逻辑思维能力和数学应用能力。
(2)通过对实例的分析和讨论,提高学生运用相对论知识解决实际问题的能力。
3、情感态度与价值观目标(1)激发学生对科学的探索精神和创新意识。
(2)让学生体会物理学的严谨性和科学性,培养学生实事求是的科学态度。
四、教学重难点1、教学重点(1)相对论速度变换公式、相对论质量和质能方程的理解和应用。
(2)质量和能量等价性的理解。
2、教学难点(1)相对论速度变换公式的推导和理解。
(2)对相对论质量和质能方程中概念的深刻理解。
五、教学方法为了实现教学目标,突破教学重难点,我将采用以下教学方法:1、讲授法通过讲解和阐述,让学生了解相对论的基本概念和相关结论。
《狭义相对论的其他结论》讲义在探讨狭义相对论时,除了那些广为人知的基本原理和结论,还有一些同样重要但可能不那么常被提及的结论。
接下来,让我们一同深入了解。
首先,时间膨胀效应是一个关键的结论。
简单来说,运动中的时钟会比静止的时钟走得慢。
这可能有些难以理解,想象一下这样的场景:有两个完全相同的高精度原子钟,一个放在地球上静止不动,另一个被放在高速飞行的宇宙飞船上。
当宇宙飞船飞行一段时间返回地球后,人们会发现飞船上的原子钟比地球上的原子钟走得慢了一些。
这并不是因为时钟本身出了问题,而是由于时间在不同的运动状态下流逝的速度是不同的。
这种时间膨胀效应并不是一种理论上的假设,而是已经在许多实验和实际应用中得到了证实。
例如,在粒子加速器中,高速运动的粒子寿命会明显延长,这正是时间膨胀效应的体现。
其次,长度收缩也是狭义相对论的一个重要结论。
当一个物体在其运动方向上的长度,对于静止的观察者来说会变短。
假设我们有一根长长的金属棒,静止时它的长度是固定的。
但当这根金属棒以接近光速的速度运动时,对于站在一旁静止观察的人来说,它看起来会变短。
但需要注意的是,对于与金属棒一起运动的观察者来说,金属棒的长度并不会发生变化。
再来说说相对论质量。
在狭义相对论中,物体的质量并不是一个固定不变的值,而是会随着其运动速度的增加而增大。
当物体的速度接近光速时,其质量会趋向于无穷大。
这也就意味着,要将一个有质量的物体加速到光速是不可能的,因为需要的能量会趋向于无穷大。
另外,相对论能量也是一个重要的方面。
根据狭义相对论,能量和质量是等价的,可以通过著名的质能方程 E = mc²来表示。
这意味着一定的质量对应着巨大的能量。
这个方程在核能的利用以及对微观世界的理解中都具有极其重要的意义。
接下来,我们谈谈相对论速度叠加。
在经典物理学中,速度的叠加是简单的相加。
但在狭义相对论中,情况就变得复杂了。
假设一个物体在一个参考系中以速度 v1 运动,而这个参考系本身又在另一个参考系中以速度 v2 运动,那么物体在第二个参考系中的速度并不是简单的v1 + v2 ,而是需要通过相对论速度叠加公式来计算。
第3节 狭义相对论的其他结论
相对论速度变换公式:能试着进行运算,不必记忆
u = 21c
v u v u '++' 相对论质量:最好记住
m =20)(1c
v m - 质能方程:必须记住
E = mc 2
P116:思考与讨论
静止时质量是1 kg 的物体,以10 m/s 的速度运动,它具有的动能是多少?与这个动能相对应,它的质量增加了多少?
按照运动物体的质量与速度的关系式(2),这个物体的质量增加了多少?
学过《物理选修3-5》第十九章后就会发现,这个关系使我们看到了蕴藏在原子核中的巨大能量。
P116第1第2两题
1. 两个电子相向运动,每个电子对于实验室的速度都是5
4c ,它们的相对速度是多少?在实验室中观测,每个电子的质量是多少?……
2. 上题中,在实验室观测,两个电子的总动能是多少?以一个电子为参考系,两个电子的总动能又是多少?计算时由电子运动时的能量减去静止时的能量就得到电子的动能。
物理学的研究常常要利用高速粒子的相互撞击……为使相互碰撞的粒子达到一定的相对速度,同时加速两束粒子,使它们迎头相撞,这样所需的能量要比只加速一束粒子,用它去轰击静止靶所需的能量少,因而在技术上容易实现。
由于这个原因,有时候人们使用粒子对撞机,而不用普通加速器。
――情感态度价值观的教育
相对论以深奥难懂著称。
其实,以少数不深奥、不难懂的原理为基础,经过可信的逻辑推理,你会看到,那些神奇的结论竟是十分自然的!
知识可以在人生的任何阶段学习,观念只能在一定的年龄建立。