探究狭义相对论浅谈狭义相对论在高中物理教学中运用

在学生掌握了经典物理基础知识的基础上，通过对比的方法，讲解教材中能够联系相对论的地方，扩展学生知识面，开阔学生视野，培养学生思维能力。

1.时空观是人们对时间、空间物理性质的看法

牛顿时空观认为：时间、空间没有联系；物体的长度与时间间隔跟物体的运动速度无关，这种时空观称为绝对时空观，它是牛顿力学建立的基础。
相对论时空观认为：空间与时间有联系，物体的长度与参照物的选择有关，当物体相对观察者以速度V运动时，测得其沿速度方向的长度为：
l=l0 （1）
其中C为真空中光速，为当物体相对、观测者静止时测量的长度，称为固有长度，因为V时间间隔与时钟的运动状态有关，即：
△tt0=△t/ （2）
其中t为相对观测者静止的时钟所指示的时间间隔，称为固有时间间隔，t为相对第一观察者以速度V运动的另一观察者的时钟所测得的相应的时间间隔。因为Vt，这就是通常所说的运动时钟变慢的相对论效应。

2.经典力学认为质量是物体惯性大小的量度，质量是固定不变的物理量

相对论认为物体的质量不是固定不变的，它随着物体运动速度的增大而增大，即：
△tm=m0/ （3）
其中m0为物体静止的质量，称为静止质量，由于质量随速度变化的相对论效应，在回旋加速器中粒子回转一周所需时间T= 要发生变化，为使回旋加速器能对被加速粒子进行加速，就要使回旋加速器加速电场的频率与粒子的运动频率相适应，且必须满足下式的要求，即：
fm= （4）
才能使带粒子加速到106兆电子伏特。

3.经典物理认为质量m与能量E没有直接联系

相对论一个主要成果就是发现了m与E的相互关系，即：
E=mc2（5）
称为质能方程，当质量变化m时，伴随能量变化E，反之亦然，这种源于：论文写作格式www.618jyw.com
变化也符合质能方程。
△E=△mc2（6）
在（5）式中E=E0+Ek=m0c2+EK（7）
EK为物体的动能，E0为物体静止时的能量，称为静能，它是包含物体内部的总内能。原子能的利用就是对E0的开发和利用。

4.牛顿定律的适用范围

笼统地讲，牛顿定律只适用于解决宏观、低速运动的问题，这是不够严密的，因为牛顿定律是牛顿第一、第二、第三定律的统称，讲它的适用范围应分别讨论。在牛顿力学中，由于m不变，牛顿第二定律表示为：
在相对论中由于m随V变化，第二定律应为：
上式可改写为F=m
上式说明，质点所受合外力的方向不再是加速度的方向，而是上式右端两项的矢量和。加速度也不再与力保持简单的正比关系，此时力的作用有两个：一个是改变物体的运动状态，二是改变物体的惯性质量。由于惯性质量是变化的，因此，在狭义相对论中惯性是变化的，它将阻止物体运动速率的无限增大，所以，相对论中物体的运动有一个极限速度C（光速）。
对于第一定律，在某一惯性系中未被加速的运动，对于其他惯性仍然是未被加速的，即第一定律在狭义相对论中成立。
至于第三定律，在某些特殊情况下，如果两个物体的相对速度为零，或V通过以上有关相对论知识的教学，我们看到若干相对论的表示式中：
当V>C时，狭义相对论的物理公式还原为经典物理中相应的公式，也就是说描述宏观低速运动的物理概念、定律只是描述高速运动的概念定律的极限情况即牛顿力学是狭义相对论力学的一级近似。只有从高速运动的角度来认识宏观、低速运动，才能真正把握高中物理教材的框架结构与逻辑体系，才能用正确的物理思想、观点、方法进行教学。
（作者单位：河南省周口市第一高级中学）