相對論教案

2024-08-03

　　作為一位優秀的人民教師，常常要寫一份優秀的教案，教案有助于學生理解并掌握系統的知識。優秀的教案都具備一些什么特點呢？下面是小編為大家收集的相對論教案，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

　　【教學目標】

　　（一）知識與技能

　　1．知道相對論的速度變換公式。

　　2．知道相對論質量。

　　3．知道愛因斯坦質能方程。

　　（二）過程與方法

　　培養應用相對論時空觀分析研究問題的能力。

　　（三）情感、態度與價值觀

　　激發學生對相對論力學的探索熱情。

　　【教學重點】三個結論的理解應用。

　　【教學難點】能辨清在哪些情況下要考慮相對論效應，哪些情況下不必考慮。

　　【教學方法】在教師的引導下，共同分析、研究得出結論。

　　【教學用具】投影儀及投影片。

　　【教學過程】

　　（一）引入新課

　　師：在第一節內容的學習中，遺留一個問題，那就是經典物理中速度疊加原理與光速不變之間的矛盾，顯然經典的速度疊加原理在高速情況下是不適用的，下面我們來認識相對論的速度疊加原理

　　（二）進行新課

　　1．相對論的速度變換公式

　　［投影］如圖，高速火車對地速度為v，車上小球相對于車的速度為u′，則地上觀察者觀察到它的速度為u

　　則有：u=

　　注意這一公式僅適用于u′與v在一直線上的情況，當u′與v相反時，u′取負值.

　　下面請大家計算下列三種情況下地面觀察者看到的球速度，并比較u與u′+v以及u與c的大小關系

　　［投影問題］

　　（1）當u′= v= c時

　　（2）當u′=c v=c時

　　（3）當u′=-c v= 時

　　（學生基本能準確快速地代入運算出結果，教師引導學生分析比較）

　　生1：第一問中u= c，u′+v= c，可見u＜（u′+v）并且u＜c。由此可以看出，合速度比（u′+v）要小，這與經典速度合成完全不同。

　　生2：第二問中u= cu′+v=2c，與上面同學分析是一致的.

　　生3：第三問中u=-c，表示合速度大小仍然為c，方向與v相反，從二、三兩個結果可以看出，u′=c時，不論v如何取值，在什么參考系中觀察，光速都是c.

　　師：三位同學分析得很好。對于低速物體u′與v與光速相比很小時，根據公式u= 可知u′v<<c，這時u≈u′+v，這就是經典物理學的速度合成法則。

　　2．相對論質量

　　師：我們先來解一道力學題。

　　［投影］質量m=0.5 kg的小球，在F=100 N的合力作用下由靜止開始加速，求經2×106s，它的速度變為多少？

　　生：據F=ma可求出a=200 m/s2，再據v2=at求得經2×106 s時，它的速度為4×108 m/s。

　　師：大家覺得這個結果可能嗎？

　　生：不可能，前面我們已經看到，物體的速度不能超過光速3×108 m/s。

　　師：問題出在哪里呢？

　　生：可能是物體的質量發生了變化，隨速度的增加而改變。

　　師：這一猜想很有道理。事實上，嚴格的論證已經證實了這一點。如果物體靜止時質量為m0，以速度v運動時質量為m，則有

　　由公式可以看出隨v的增加，物體的質量隨之增大。

　　3．質能方程

　　師：根據前面的相對論質量，愛因斯坦質能聯系方程應該變為E=mc2= .

　　物體運動的動能為運動時能量和靜止時能量E0之差：

　　Ek=E-E0

　　物體低速運動時， <<1

　　E= ≈［1+ （）2］m0c2（請同學們課后查閱有關數學公式）

　　動能Ek=E-E0≈ （）2m0c2= m0v2

　　這就是經典力學中我們熟悉的動能表達式。由此可以看到，牛頓力學是v<<c時的特例。

　　（三）課堂總結、點評

　　本節我們通過對相對論速度變換公式、相對論質量公式和質能方程的學習，進一步掌握了相對論原理在高速狀態下的應用，激發了對相對論力學的探索熱情。

　　（四）課余作業

　　完成P116“問題與練習”的題目。課下閱讀課本內容。

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