Разработка урока по физике СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ СТО

ТЕМА: СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ /СТО/
Урок проводится с использованием компьютерной презентации
Цели :Познакомить учащихся с классическими понятиями пространства и времени и экспериментальными основами СТО.Раскрыть физический и философский смысл постулатов Эйнштейна , а также сущность и свойства релятивистского понятия пространства и времени.
Познакомить учащихся с современными представлениями понятия пространства и времени, способствовать выработке у них диалектико-материалистического мировоззрения.
Основные знания и умения:
Знать принцип относительности Галилея, формулу сложения скоростей, границы применимости классической механики, основные опыты и явления, которые противоречат законам классической механики; постулаты Эйнштейна.
Методические рекомендации
План
1.Классическое представление понятий пространства и времени.
2.Инерциальная система отсчёта. Принцип относительности Галилея.
3.Экспериментальные основы СТО.
4.Постулаты Эйнштейна.
Мотивация познавательной деятельности учащихся:
Теория относительности возникла не случайно, а явилась закономерным итогом предшествующего развития физической науки. На этом примере следует довести до сознания учащихся смысл развития физической науки: новая теория не отменяет старой, а включает её в себя как частный, предельный случай.
ХОД УРОКА:
1.Орг. момент.(Приветствие, проверка отсутствующих)
2.Объяснение нового материала.
Инерциальные системы отсчета ( ИСО ) - системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона - закон инерции. Системы, которые вращаются или ускоряются неинерциальные. Землю нельзя считать вполне ИСО : она вращается, но для большинства наших целей СО, связанные с Землей, в достаточно хорошем приближении можно принять за инерциальные. Система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно ИСО, также инерциальна.Г.Галилей и И.Ньютон глубоко осознавали то, что мы сегодня называем принципом относительности, согласно которому механические законы физики должны быть одинаковыми во всех ИСО при одинаковых начальных условиях. Из этого следует: ни одна ИСО ничем не отличается от другой СО. Принцип относительности Галилея исходит из некоторых допущений, которые опираются на наш повседневный опыт. Предполагается, что длина тел одинакова в любой СО и что время в различных системах отсчета течет одинаково.В классической механике пространство и время считаются абсолютными. Предполагается, что масса тела, а также все силы остаются неизменными при переходе из одной ИСО в другую. В справедливости принципа относительности нас убеждает повседневный опыт, например в равномерно движущемся поезде или самолете тела движутся так же, как на Земле.Не существует эксперимента, с помощью которого можно было бы установить, какая СО действительно покоится, а какая движется. Нет СО в состоянии абсолютного покоя. Для любых механических явлений все инерциальные системы отсчета оказываются равноправными. Галилей не задумывался о других явлениях , т.к. в те времена механика составляла по существу всю физику. До середины XIX в. считали, что все физические явления можно объяснить на основе механики Ньютона.В середине XIX в. была создана теория электромагнитных явлений ( теория Максвелла ). Оказалась, что уравнения Максвелла изменяют свой вид при галилеевских преобразованиях перехода от одной ИСО к другой. Возник вопрос, о том ,как влияет равномерное прямолинейное движение на все физические явления. Перед учеными встала проблема согласования теорий электромагнетизма и механики.Согласно теории Максвелла свет - электромагнитная волна, которая распространяется со скоростью с = 300000000м/с. Спрашивается, относительно чего свет движется со скоростью с? Ответ на этот вопрос не содержится в теории Максвелла. Если свет - волна, и если волна распространяется в среде, то свет движется со скоростью с относительно среды. Эта светоносная среда получила название эфира. Дебаты, касающиеся светоносного эфира к концу XIX в. достигли особой остроты. Интерес к эфиру возрос, когда стало ясно, что созданная Максвеллом теория оказалась успешной и вроде бы свидетельствует о том, что эфир можно наблюдать.Если эфир существует, то должен быть обнаружен эфирный ветер. Опыт по обнаружению эфирного ветра был поставлен в 1881 г. американскими учеными А.Майкельсоном и Р.Морли с помощью оригинального интерферометра. Наблюдения проводились в течение длительного времени. Опыт многократно повторяли. Результат оказался отрицательным: никакого движения Земли относительно эфира обнаружить не удалось. Различные эфирные теории завели физику в тупик.
В 1905 году А.Эйнштейн, отвергнув гипотезу эфира, предложил специальную (частную) теорию относительности СТО, на основе которой можно совместить механику и электродинамику. В 1905 г. вышла его работа « К электродинамике движущихся тел ». В ней Эйнштейн сформулировал два принципа (постулата ) теории относительности.
I постулат: все законы природы имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. Этот постулат явился обобщением принципа относительности Ньютона не только на законы механики, но и на законы остальной физики. Первый постулат - принцип относительности.
II постулат: свет распространяется в вакууме с определенной скоростью с, не зависящей от скорости источника и от скорости приемника светового сигнала.Чтобы сформулировать эти постулаты, нужна была большая научная смелость, т.к. они, очевидно, противоречили классическим представлениям о пространстве и времени.Итак, современная физика подразделяется на:
 классическую механику, которая изучает движение макроскопических тел с малыми скоростями ( vc );
 релятивистскую механику, которая изучает движение макроскопических тел с большими скоростями ( vc );
 квантовую механику, которая изучает движение микроскопических тел с малыми скоростями ( vc );
 релятивистскую квантовую физику, которая изучает движение микроскопических тел с произвольными скоростями ( vc ).
left0004. Закрепление нового материала.
Тест
Вариант № 1.1. Какие из приведенных ниже утверждений соответствуют постулатам теории относительности: 1 - все процессы природы протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета; 2 - скорость света в вакууме одинакова во всех системах отсчета; 3 - все процессы природы относительны и протекают в различных системах отсчета неодинаково?
А. Только 1 Б. Только 2 В.Только 3 Г. 1 и 2 Д. 1 и 3
Е. 2 и 3 Ж. 1, 2 и 3.2. Понятие одновременности событий является: А. Неабсолютным Б. Абсолютным3. Из уравнений Максвелла следует, что скорость распространения световых волн в вакууме по всем направлениям: А. Различна по величине Б. ОдинаковаВ. Зависит от цвета Г. Зависит от источника
света 4. Для наблюдателя, находящегося на Земле, линейные размеры космического корабля по направлению его движения сократились в 4 раза.
Как идут часы на корабле относительно хода часов наблюдателя? 5. Скорость космического корабля увеличилась от 0 до 0,5 с . Как изменилась масса и импульс тела для наблюдателя в системе отсчета, связанной с Землей?
А. Не меняется Б. Уменьшается В. Увеличивается 6. При нагревании тела его масса: А. Не меняется Б. Уменьшается В. Увеличивается 7. Какая масса эквивалентна энергии 9 1010 Дж? 8. Какую массу удалось бы поднять на высоту 50 м за счет энергии при полном превращении 0,5 г массы в энергию? 9. Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета стремится к скорости света, а масса тела: А. Стремится к бесконечности Б. Стремится к нулю В. Не меняется10. Можно ли какими-либо механическими опытами установить, покоится инерциальная система отсчета или движется прямолинейно и равномерно? А. Можно, если скорость инерциальной системы отсчета небольшая Б. Можно для любой скоростиВ. Нельзя 11. Если скорость тела увеличивается, то его полная энергия : А. увеличивается Б. уменьшается В. не изменяется12. Первый космический корабль стартует с Земли со скоростью V1 = 0,68 с . Второй космический корабль стартует с первого космического корабля в том же направлении со скоростью V2 = 0,86 с . Вычислите скорость второго космического корабля относительно Земли. 13. Промежуток времени, измеренный в системе, которая условно принята за неподвижную, называется....? А. собственным временем Б. релятивистским временемВ. относительным временем Г. специальным временем5. Разбор вопросов теста. Обобщение ошибок.6. Выставление оценок в журнал.
7. Задание на дом: