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實用文檔>相對論教案

相對論教案

時間:2024-08-03 14:05:27

相對論教案

  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。

相對論教案

  【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

  m=

  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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