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高中物理不要用经典力学的观点处理高速运动的问题已发表论文
不要用经典力学的观点处理高速运动问题
赵 斌 (湖南省长沙市第六中学 410000)
爱因斯坦相对论告诉我们,随着物体运动速度的增大,物体的质量不再是一个常数,而是随着物体速度的增大而增大,物体的质量与速度的关系为
(1)。
式中是物体的动质量,是物体的静质量,即惯性质量,是物体的运动速度,是光速。
在高速度运动时,物体的能量为
(2)
其中为物体的总能,它由两部分组成:是物体的“静止能量”;代表物体的动能,它等于外力对物体所做的总功。
由(1)(2)两式有 (3)
这就是相对论的质能方程。
由(2)式有 (4)
这就是相对论动能表达式。
在经典力学中,物体的质量是一个常数,,物体的动能为。
在新的教材中增加了相对论的内容,我们已经习惯用经典力学的思考方式来分析和处理问题,特别是对于学生,在分析高速运动问题时,时常会不自觉地用经典力学的观点来分析处理问题。下面举列说明在学习相对论时要特别引起起注意的问题。
题1、在学习回旋加速器的工作原理时,有这样一个数据:“……多级加速器现在已经建造出来,……。这些加速器能使质子的能量达到。”试计算质子的速度。
错解一:
,
错解二:
,
正解:
,
题2、一电子以的速率运动,问电子的经典力学动能与相对论动能之比为多少?
错解: (其中)
。
正解:。
题3、把电子从的速度增加到,需要的能量是多少?
错解:
。
正解:
。
特别提示:狭义相对论是高中物理教材新增内容。对于这一内容的理解掌握,教师一定要注意引导学生转换思维方式,把经典物理的质量、能量、动能等概念和狭义相对论中的质量、能量、动能等概念仔细地加以比较和区别。对于相对论的问题,决不能套用经典力学的观点来解决。
发表于《物理教学》2007年第9期
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