15.03狭义相对论的其他结论

人教版《高中物理选修3-4》学案《相对论》 第三节 狭义相对论的其他结论 共1课时 课型：三三四 主备人： 闫保松 审核人： 使用时间 2012年 月 日 第 周 第 个 总第 个

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第十五章 第三节：狭义相对论的其他结论

【本章课标转述】

知道狭义相对论的实验基础、基本原理和主要结论；了解经典时空观与相对论时空观的主要区别，体会相对论的建立对人类认识世界的影响。初步了解广义相对论的几个主要观点以及主要观测数据。关注宇宙学研究的新进展。 教学重点、难点

重点：三个公式 难点：运动速度的相对性变换 【学习目标】

（1）运动速度的相对论变换（2）相对论质量（3）质能方程 【学习过程】

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。 车对地的速度为v ，人对车的速度为u /

地面上的人看到车上人相对地面的速度为u

2'

'

1c

v u v u

u +

+=

如果车上人运动方向与火车运动方向相同，u ’取正值 如果车上人运动方向与火车运动方向相反，u ’取负值 学生通过计算和推导知道相对论的自洽性

注意：相对论速度变换公式，是根据相对论理论中的洛伦兹变换推出的结论，只适用于同一直线运动物体速度的叠加。对于更复杂的速度的叠加， 此公式不适用。 二、相对论质量。

物体的运动速度不能无限增加，那么物体的质量是否随着速度而变化？

严格的论证表明，物体高速（与光速相比）运动时的质量与它静止时的质量之间有下面的关

系：2

01⎪

⎭

⎫ ⎝⎛-=

c v m m m 运动质量 > m 0静止质量

微观粒子的速度很高，它的质量明显的大于静止质量．在研究制造回旋加速器时必须考虑相对论效应的影响．

介绍：1988年，中国第一座高能粒子加速器——北京正负电子对撞机首次对撞成功 三、质能方程

引入：物体的能量和质量之间存在密切的联系

让学生知道根据狭义相对论原理及洛伦兹变换，经过高等数学推导，可得到相对论动力学的一个著名结论：

质能方程 2mc E =

质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量之间的关系.

0E E E k -=

E k 是物体的动能，E 是物体运动时的能量 E 0是物体静止时的能量 在v ＜ ＜ c 时 2

021v m E ≈

这就是我们过去熟悉的动能表达式，这也能让我们看出，牛顿力学是相对论力学在低速情况下的特例．