人教版 (新课标)选修3选修3-4第十五章 相对论简介3 狭义相对论的其他结论教案

这是一份人教版 (新课标)选修3选修3-4第十五章 相对论简介3 狭义相对论的其他结论教案，共3页。教案主要包含了知识与技能，过程与方法，情感态度和价值观，关于的宇宙大爆炸理论等内容，欢迎下载使用。

课题：§15-3狭义相对论的其他结论
§15－4 广义相对论简介
教学目标
一、知识与技能：
（1）运动速度的相对论变换（2）相对论质量（3）质能方程
二、过程与方法：
让学生体会到自洽性检验是科学理论研究的一个基本方法。
三、情感态度和价值观：
体会物理学中蕴含的简单与和谐之美（质能方程）
教学重点、难点
重点：三个公式 难点：运动速度的相对性变换
教学活动
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
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： m运动质量 > m0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
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.
Ek是物体的动能，E是物体运动时的能量 E0是物体静止时的能量
在v ＜ ＜ c时
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．
§15－4 广义相对论简介
一、超越狭义相对论的思考
爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：
1、引力问题，万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳人狭义相对论的理论框架；
2、非惯性系问题，狭义相对论只适用于惯性系。它们是促成广义相对论的前提。
二、广义相对性原理和等效原理
引导学生在前述背景介绍下，思考怎样来解决这两个问题。爱因斯坦考虑要解决第二个问题，必须去掉惯性系在相对论理论中的特殊地位，把相对性原理从“任何惯性系平权”推广到“包括非惯性系在内的任意参考系(即包括惯性系和非惯性系)平权”。
三、广义相对论几个结论以及相关实验验证
从广义相对论两个基本原理出发，爱因斯坦预见性地提出了验证这一理论的几个著名实验。
①光线经过强引力场中发生弯曲
介绍物质的引力使时空弯曲，弯曲的时空又使光线弯曲的事实。如1919年5月29日，发生日全食期间，科学家成功地观测到了太阳背后恒星发出的光线经过太阳附近发生弯曲的现象，并拍得了太阳背后恒星的照片。从而确认广义相对论的结论是正确的。这是广义相对论创立以来最早得到科学界认同的最重大的成果。到目前为止科学家对400多颗恒星作了测量，射电天文学的发展使人类不用等日全食发生也能在地球上进行精度很高的观测，且与理论值符合。
②引力红移
了解引力导致时空弯曲，按照相对性原理，空间效应与时间效应是互相影响的，在发生空间弯曲效应的同时，时间膨胀效应也发生了。换句话说，我们观察到引力场空间弯曲的同时也将观测到引力场时钟变慢。
③水星轨道近日点的进动
补充介绍牛顿的经典力学理论在描述行星运动时，其理论值与实际观测结果存在微小差异。由于场能空间分布的不均匀性，当水星运动到靠近太阳附近(近日点)时，场能影响较为显 著，这种影响使得水星运行的椭圆轨道非常缓慢地绕太阳旋转，这就是“水星近日点进动”现象。爱因斯坦用广义相对论计算近日点的进动速率与实际观测结果取得了很好的一致。行星轨道旋转之谜的成功破译，是广义相对论再一次取得的伟大胜利。
四、关于的宇宙大爆炸理论
简单介绍宇宙大爆炸理论，说明按照广义相对论，宇宙就是无所不包的最大的时空，而且它的弯曲情况和物质的分布应该符合爱因斯坦方程。
四、课后反思