2024-2025学年高中物理第六章相对论与量子论初步第1节高速世界教案1鲁科版必修2

PAGE7-第1节高速世界【教学目标】一、学问与技能1．了解高速世界的两个基本原理。2．了解经典物理学的局限性，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系。3．驾驭质速关系与质能关系。二、过程与方法1．了解科学家建立相对论的探究过程，相识科学思维的意义，学习科学思维的方法。2．通过建立相对论时空观，提高学生相识物质世界的实力。3．相识猜想和假设的重要性，培育应用相对论时空观分析探讨问题的实力。三、情感、看法与价值观1．培育有依据的批判意识，培育勇于创新的科学看法2．激发学生对相对论力学的探究热忱。3．培育学生对逻辑推理形成的结论要有一个科学的接受看法。【重点难点】1、狭义相对论的两个基本假设。2、相对论的时空观，同时的相对性，长度的相对性，时间间隔的相对性。3、质量、能量、速度的联系【教学方法】提出问题、揭示冲突、引发学生思索，然后通过相对论假设进行逻辑推理，得出结论。【教具打算】多媒体课件【教学过程】（一）新课引入：迈入新世界在19世纪与20世纪之交（1900年前后），很多人认为物理学这座庄重宏伟、动人心弦的科学殿堂已经基本建成了。只是“物理学晴朗天空的远处，漂移着两朵小小的令人担心的乌云。”这两朵“乌云”是：1、迈克尔逊—莫雷试验：探讨光沿不同方向传播速度的差异。2、热辐射试验：探讨热辐射的能量与温度的关系。这两个试验所观测到的现象用当时已有的物理学理论无法进行合理的说明。正是这两朵的乌云，不久以后酿成了物理学中一场巨大的变革。（二）新课教学一、高速世界的两个基本原理1.经典时空观的运动合成原理在以20m/s的速度行驶的汽车上，有人以25m/s的速度将一小球水平抛出，在静止于路边的视察者看来，①假如小球是向前抛出的，那么小球水平方向的速度为多少？小球水平方向的的速度为两速度之和。②假如小球是向后抛出的，小球水平方向的速度又是多少？小球水平方向的的速度为两速度之差。2.若一束光以速度c向前传播，相对于地面以速度v和光传播同向运动的人，视察到光的传播速度是多少？若人相对于地面以速度v和光传播相反方向运动，她视察到的光的传播速度是多少？依据速度合成的法则：第一种状况人看到的光速应是c+v，其次种状况应是c-v。物体运动的速度能不能超过光速假如抛出的小球的速度超过光的传播速度，则视察者将会先视察到B接到A扔出来的小球，再看到A把小球扔出来的动作。这样将会导致因果关系被破坏。光速不符合经典的速度合成规律1000余年前的一次特别闻名超新星爆炸，前后历时22个月。其残骸形成金牛座中的蟹状星云。若光速符合经典的速度合成律，则地面将持续25年可视察到超新星爆发所发出的强光。5.《迈克尔逊-莫雷试验》证明“以太”不存在1887年，物理学家迈克尔逊和莫雷用自己独创的仪器进行了精密的光的干涉试验，证明以太并不存在。6.爱因斯坦两个基本假设：（1）相对性原理：物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式。（2）光速不变原理：在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速C都一样。二、时间延缓效应1.爱因斯坦志向试验设车上的视察者测得两事务间隔Δt′时间，地面上的视察者测得两事务间隔Δt时间，车厢匀速前进速度为v。可以得出：Δt=师：从上式可以发觉哪一位视察者感觉时间长？生：地上的视察者感觉时间间隔较长。例1：一对孪生兄弟，诞生后甲乘高速飞船去旅行，测量出自己飞行30年回到地面上，乙在地面上生活，问甲回来时30岁，乙这时是多少岁？（已知飞船速度v=c）分析：已知飞船视察者甲经时间Δt′=30年，地面上的视察者乙经过时间为Δt==年=60年可见甲的孪生兄弟已经60岁了。2.“钟慢效应”是运动参考系中的时间节奏变慢了。就是运动参考系中的一切物理过程、化学过程、生物过程……都变慢了。3.时间延缓早已被高能粒子的很多试验所证明。三、长度收缩效应下面用动画说明以便于理解：

火车在参照系中处于静止状态。一个静止物体在其参照系中的长度被称作他的“正确长度”。火车的正确长度是180。当火车在运动，用更长、更精确的话来讲：我们相对于某参照系，发觉它（火车）在运动。长度收缩原理指出在此参照系中运动的火车要短一些。这种收缩并非幻觉。当火车从我们身边经过时，任何精确的试验都表明其长度比静止时要短。火车并非看上去短了，它的确短了！然而，它只在其运动方向上收缩。火车是水平运动的，因此它的水平方向变短。你可能已经留意到，火车在垂直方向的长度是一样的。l′和l之间有如下关系：师：一个杆，当它沿自身方向相对于测量者运动时，测量者的测量结果如何？生：变短了。师：若杆沿着垂直自身方向相对测量者运动呢？生：应当一样。师：假如一个人在地上量好一根静止杆的长度是l，他将这根杆带到以0.5c速度运动的飞船上，坐在飞船上测量这根杆的长度又是多少？生：应当是L，可以从公式l=l0求出。师：大家看对吗？（少数人赞同，多数人缄默）老师引导学生探讨，强调参考系的相对运动是长度缩短的缘由，即视察者与被测物间的相对运动才是长度缩短的缘由，进而否定上述答案，得到杆长仍为l的结果还可发挥学生想像力，激励学生想象高速运动下的长度变更，加深对长度相对性的理解。四、质速关系【投影】质量m=0.5kg的小球，在F=100N的合力作用下由静止起先加速，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：不行能，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更，随速度的增加而变更。师：这一猜想很有道理。事实上，严格的论证已经证明了这一点。假如物体静止时质量为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。五、质能关系爱因斯坦质能关系式：E=mc2也可以表示为：ΔE=Δmc2上式表示，随着一个物体质量的削减，会释放出肯定的能量，与此同时，另一个物体汲取了能量，质量也会随之增加。六、时空弯曲爱因斯坦的广义相对论加速和引力是等效的，加速运