2024-2025學(xué)年高中物理第六章相對論與量子論初步第1節(jié)高速世界教案1魯科版必修2

PAGE7-第1節(jié)高速世界【教學(xué)目標(biāo)】一、學(xué)問與技能1．了解高速世界的兩個基本原理。2．了解經(jīng)典物理學(xué)的局限性，知道經(jīng)典時空觀與相對論時空觀之間的關(guān)系。3．駕馭質(zhì)速關(guān)系與質(zhì)能關(guān)系。二、過程與方法1．了解科學(xué)家建立相對論的探究過程，相識科學(xué)思維的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)思維的方法。2．通過建立相對論時空觀，提高學(xué)生相識物質(zhì)世界的實力。3．相識猜想和假設(shè)的重要性，培育應(yīng)用相對論時空觀分析探討問題的實力。三、情感、看法與價值觀1．培育有依據(jù)的批判意識，培育勇于創(chuàng)新的科學(xué)看法2．激發(fā)學(xué)生對相對論力學(xué)的探究熱忱。3．培育學(xué)生對邏輯推理形成的結(jié)論要有一個科學(xué)的接受看法?！局攸c難點】1、狹義相對論的兩個基本假設(shè)。2、相對論的時空觀，同時的相對性，長度的相對性，時間間隔的相對性。3、質(zhì)量、能量、速度的聯(lián)系【教學(xué)方法】提出問題、揭示沖突、引發(fā)學(xué)生思索，然后通過相對論假設(shè)進行邏輯推理，得出結(jié)論?！窘叹叽蛩恪慷嗝襟w課件【教學(xué)過程】（一）新課引入：邁入新世界在19世紀(jì)與20世紀(jì)之交（1900年前后），很多人認(rèn)為物理學(xué)這座莊重宏偉、動人心弦的科學(xué)殿堂已經(jīng)基本建成了。只是“物理學(xué)晴朗天空的遠處，漂移著兩朵小小的令人擔(dān)心的烏云?！边@兩朵“烏云”是：1、邁克爾遜—莫雷試驗：探討光沿不同方向傳播速度的差異。2、熱輻射試驗：探討熱輻射的能量與溫度的關(guān)系。這兩個試驗所觀測到的現(xiàn)象用當(dāng)時已有的物理學(xué)理論無法進行合理的說明。正是這兩朵的烏云，不久以后釀成了物理學(xué)中一場巨大的變革。（二）新課教學(xué)一、高速世界的兩個基本原理1.經(jīng)典時空觀的運動合成原理在以20m/s的速度行駛的汽車上，有人以25m/s的速度將一小球水平拋出，在靜止于路邊的視察者看來，①假如小球是向前拋出的，那么小球水平方向的速度為多少？小球水平方向的的速度為兩速度之和。②假如小球是向后拋出的，小球水平方向的速度又是多少？小球水平方向的的速度為兩速度之差。2.若一束光以速度c向前傳播，相對于地面以速度v和光傳播同向運動的人，視察到光的傳播速度是多少？若人相對于地面以速度v和光傳播相反方向運動，她視察到的光的傳播速度是多少？依據(jù)速度合成的法則：第一種狀況人看到的光速應(yīng)是c+v，其次種狀況應(yīng)是c-v。物體運動的速度能不能超過光速假如拋出的小球的速度超過光的傳播速度，則視察者將會先視察到B接到A扔出來的小球，再看到A把小球扔出來的動作。這樣將會導(dǎo)致因果關(guān)系被破壞。光速不符合經(jīng)典的速度合成規(guī)律1000余年前的一次特別聞名超新星爆炸，前后歷時22個月。其殘骸形成金牛座中的蟹狀星云。若光速符合經(jīng)典的速度合成律，則地面將持續(xù)25年可視察到超新星爆發(fā)所發(fā)出的強光。5.《邁克爾遜-莫雷試驗》證明“以太”不存在1887年，物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷用自己獨創(chuàng)的儀器進行了精密的光的干涉試驗，證明以太并不存在。6.愛因斯坦兩個基本假設(shè)：（1）相對性原理：物理規(guī)律在一切慣性參照系中都具有相同的形式。（2）光速不變原理：在一切慣性參照系中，測量到的真空中的光速C都一樣。二、時間延緩效應(yīng)1.愛因斯坦志向試驗設(shè)車上的視察者測得兩事務(wù)間隔Δt′時間，地面上的視察者測得兩事務(wù)間隔Δt時間，車廂勻速前進速度為v?？梢缘贸觯害=師：從上式可以發(fā)覺哪一位視察者感覺時間長？生：地上的視察者感覺時間間隔較長。例1：一對孿生兄弟，誕生后甲乘高速飛船去旅行，測量出自己飛行30年回到地面上，乙在地面上生活，問甲回來時30歲，乙這時是多少歲？（已知飛船速度v=c）分析：已知飛船視察者甲經(jīng)時間Δt′=30年，地面上的視察者乙經(jīng)過時間為Δt==年=60年可見甲的孿生兄弟已經(jīng)60歲了。2.“鐘慢效應(yīng)”是運動參考系中的時間節(jié)奏變慢了。就是運動參考系中的一切物理過程、化學(xué)過程、生物過程……都變慢了。3.時間延緩早已被高能粒子的很多試驗所證明。三、長度收縮效應(yīng)下面用動畫說明以便于理解：

火車在參照系中處于靜止?fàn)顟B(tài)。一個靜止物體在其參照系中的長度被稱作他的“正確長度”。火車的正確長度是180。當(dāng)火車在運動，用更長、更精確的話來講：我們相對于某參照系，發(fā)覺它（火車）在運動。長度收縮原理指出在此參照系中運動的火車要短一些。這種收縮并非幻覺。當(dāng)火車從我們身邊經(jīng)過時，任何精確的試驗都表明其長度比靜止時要短?；疖嚥⒎强瓷先ザ塘?，它的確短了！然而，它只在其運動方向上收縮?；疖囀撬竭\動的，因此它的水平方向變短。你可能已經(jīng)留意到，火車在垂直方向的長度是一樣的。l′和l之間有如下關(guān)系：師：一個桿，當(dāng)它沿自身方向相對于測量者運動時，測量者的測量結(jié)果如何？生：變短了。師：若桿沿著垂直自身方向相對測量者運動呢？生：應(yīng)當(dāng)一樣。師：假如一個人在地上量好一根靜止桿的長度是l，他將這根桿帶到以0.5c速度運動的飛船上，坐在飛船上測量這根桿的長度又是多少？生：應(yīng)當(dāng)是L，可以從公式l=l0求出。師：大家看對嗎？（少數(shù)人贊同，多數(shù)人緘默）老師引導(dǎo)學(xué)生探討，強調(diào)參考系的相對運動是長度縮短的緣由，即視察者與被測物間的相對運動才是長度縮短的緣由，進而否定上述答案，得到桿長仍為l的結(jié)果還可發(fā)揮學(xué)生想像力，激勵學(xué)生想象高速運動下的長度變更，加深對長度相對性的理解。四、質(zhì)速關(guān)系【投影】質(zhì)量m=0.5kg的小球，在F=100N的合力作用下由靜止起先加速，求經(jīng)2×106s，它的速度變?yōu)槎嗌?？生：?jù)F=ma可求出a=200m/s2，再據(jù)v2=at求得經(jīng)2×106s時，它的速度為4×108m/s。師：大家覺得這個結(jié)果可能嗎？生：不行能，前面我們已經(jīng)看到，物體的速度不能超過光速3×108m/s。師：問題出在哪里呢？生：可能是物體的質(zhì)量發(fā)生了變更，隨速度的增加而變更。師：這一猜想很有道理。事實上，嚴(yán)格的論證已經(jīng)證明了這一點。假如物體靜止時質(zhì)量為m0，以速度v運動時質(zhì)量為m，則有m=由公式可以看出隨v的增加，物體的質(zhì)量隨之增大。五、質(zhì)能關(guān)系愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式：E=mc2也可以表示為：ΔE=Δmc2上式表示，隨著一個物體質(zhì)量的削減，會釋放出肯定的能量，與此同時，另一個物體汲取了能量，質(zhì)量也會隨之增加。六、時空彎曲愛因斯坦的廣義相對論加速和引力是等效的，加速運