Урок по физике «Основные следствия из постулатов теории относительности. Элементы релятивистской динамики»

Тема урока: «Основные следствия из постулатов теории относительности. Элементы релятивистской динамики»
Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.
Дидактическая цель: раскрыть содержание важнейших следствий, касающихся свойств пространства и времени.
Задачи:
Образовательные: повторить принцип относительности Галилея и основные положения электродинамики Максвелла; раскрыть содержание постулатов специальной теории относительности и научить учащихся применять их для доказательства следствий специальной теории относительности.
Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса учащихся; в целях интернационального воспитания обратить внимание учащихся, что физика развивается благодаря работам ученых различных стран и исторических времен; продолжить формирование стремления к глубокому усвоения теоретических знаний через решение задач.
Развивающие: активизация мыслительной деятельности (способом сопоставления), формирование алгоритмического мышления; развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить; научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения графических и аналитических задач.
Ход урока
1. Проверка домашнего задания методом фронтального опроса
А) В чем отличие в формулировке принципа относительности Галилея и принципа относительность Эйнштейна?
Б) Почему оказалось несостоятельным предположение о возможности мгновенной передачи сигнала из одной точки в другую?
В) Какие привычные представления пришлось пересмотреть из – за существования предельной конечной скорости?
Г) С помощью, каких часов можно точно говорить об одновременности событий?
Д) Можно ли утверждать, что второй постулат теории относительности распространяется и на утверждение о постоянстве направления распространения света?
Е) Сделать вывод об относительности одновременности событий в разных точках пространства.
2.Изучение нового материала
Из постулатов теории относительности вытекает ряд важнейших следствий, касающихся свойств пространства и времени. Мы не будем останавливаться на сравнительно сложном обосновании этих следствий. Ограничимся лишь кратким их перечислением.
Основные следствия постулатов теории относительности.
Относительность одновременности События, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, не одновременны в других инерциальных системах отсчета, подвижных относительно первой. Относительность длины (расстояний).
Длина не является абсолютной величиной, а зависит от скорости движения тела относительно данной системы отсчета. Уменьшение длины в направлении движения
,где l 0 – длинна тела в системе отсчета, где оно покоиться – собственная длинна
Относительность промежутка времени Длительность одного и того же процесса разная в разных инерциальных системах отсчета. Не существует универсального времени, которое было бы применимо везде. Интервал времени между событиями в подвижной системе отсчета
- релятивистский эффект замедления времени в подвижных системах отсчета. t0 – время, измеренное в системе отсчета, где точки системы неподвижны – собственное время.
Релятивистский закон сложения скоростей где V2 – скорость тела относительно неподвижной системы отсчета, V1 – скорость тела относительно подвижной системы отсчета, V – скорость подвижной системы относительно неподвижной.
Масса и энергия в специальной теории относительности.
При увеличении скорости тела его масса не остается постоянной, а растет.
, где m0- масса покоящегося тела.
На рисунке представлена зависимость массы тела от его скорости. Из рисунка видно, что возрастание массы тем больше, чем ближе скорость движения тела к скорости света. С учетом этого импульс тела
.
С помощью теории относительности Эйнштейн установил замечательную по своей простоте и общности формулу связи между энергией и массой.
.
Сам Эйнштейн считал это уравнение важнейшим выводом теории относительности. Энергия тела или системы тел равна массе, умноженной на квадрат скорости света. Если изменяется энергия системы, то изменяется и ее масса.
Любое тело обладает энергией и при скорости, равной нулю (уже благодаря факту своего существования). Это так называемая энергия покоя.
.
3 Закрепление и применение полученных знаний для решения задач.
1) Доказать относительность расстояний.
2) Доказать относительность промежутков времени.
3) При каких скоростях действует релятивистский закон сложения скоростей ?4) Чем отличаются скорости движения тел от скорости света?
Решение задач.
Найдите полную энергию космического корабля с массой покоя 10 т, движущегося со скоростью 0,9 с. (с=3*108 м/с)
Какую скорость должно иметь тело, чтобы его продольные размеры уменьшились для наблюдателя в 3 раза?
Подведение итогов занятия: анализ уровня активности учащихся, оценка знаний.
Домашнее задание: §78-79, № 1111, 1112.