Относительность и одновременность событий. Закон взаимосвязи массы и энергии, 10 класс

Бюджетное общеобразовательное учреждение

города Омска

«Средняя общеобразовательная школа № 77»

Конспект урока по физике

в 10 классе

«Относительность и одновременность событий.

Закон взаимосвязи массы и энергии.»

Подготовила

учитель физики

Ваулина Татьяна Витальевна

г. Омск

2014

План урока. 10 класс.

Тема урока: Относительность и одновременность событий. Закон взаимосвязи массы и энергии.

Цель урока: формирование знаний учащихся о последствиях исходящих из теории относительности Эйнштейна: принцип относительности и одновременности событий, относительность расстояний и зависимость массы от скорости движения; освоение учащимися классического закона взаимосвязи массы и энергии тела.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

План-схема урока

Этапы урока

Ход урока.

1. Организационный этап

2. Актуализация опорных знаний

Задание классу. Заполнить пропуски в схемах

Проверка задания осуществляется путем опроса, при этом ученики должны сформулировать постулаты теории относительности.

3. Сообщение темы, цели и заданий урока

Учитель сообщает тему урока, предлагает ученикам ознакомиться с планом изучения темы, записанным на доске. Затем учитель просит самостоятельно сформулировать цели урока и по необходимости внести коррективы в их ответы.

План изучения темы:

1. Относительность и одновременность событий

2. Относительность расстояний

3. Зависимость массы от скорости.

4. Связь между массой и энергией.

3. Мотивация учебной деятельности

Учитель предлагает учащимся дать ответ на вопрос: будет ли правильным утверждение, что время, длина, масса тела могут быть разными в разных системах отсчета? Ответ необходимо обозначить на шкале по методу «Выбери позицию»(см. Приложение)

3. Восприятие и первичное осмысление нового материала

1. Относительность и одновременность событий

По современным представлениям время зависит от свойств пространства и движения материи в нем. Но одно и тоже событие в разных инерциальных системах отсчета происходит в разные моменты времени. Более того, два события, которые одновременно происходят в одной инерциальной системе отсчета , в другой инерциальной системе происходят в разные промежутки времени.

Приведем пример. Путь мимо не подвижного космонавта-наблюдателя, который находится в инерциальной системе отсчета XYZ , пролетает со скоростью v ракета с тремя космонавтами на борту, который является инерциальной системой отсчета.

Пусть один из космонавтов, который размещается точно посередине ракеты, держит в руках фонарик. Два других космонавта размещаются на корме и и в носовой части соответственно и держат в руках часы. В некоторый момент времени космонавт включает фонарик, а остальные по часам фиксируют время вспышки света, сравнивают показания часов и убеждаются, что они одинаковы. Так , в общем и должно быть, т. к. одинаковое расстояния до космонавтов на носу и на корме свет проходит за один и тот же промежуток времени, распростроняясь с одинаковой скоростью.

Но наблюдатель, который в неподвижной системе XYZ, не согласится с ними. На его взгляд, космонавт на носу ракеты отдаляется вместе с ракетой от места вспышки(в центре), и по-этому свет, нагоняя космонавта, должен пройти расстояние , большее чем половина ракеты, и достичь его позднее, чем он достигнет космонавта на корме ракеты, который вместе с ракетой приближается к месту вспышки. Чтобы достичь космонавта на корме, свету требуется пройти расстояние, меньше половины длины ракеты. Следовательно космонавт на корме увидет вспышку раньше, чем космонавт на носу.

Наблюдатель в системе XYZ абсолютно прав. Действительно, эти два события- моменты достижнения света космонавтов на носу и на корме ракеты- не одновременны. Но справедлива и позиция космонавтов, которые находятся в ракете, т. к. они наблюдают одноврнменность этих событий.

Речь идет не о том, что существует две истины. Истина одна.

События, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, неодновременны в другой системе отсчета, которая двигается с иной, чем первая система отсчета, скоростью.

Одновременность пространственно разделенных событий относительна.

Расчеты свидетельствуют о том, что с возрастанием скорости движущейся инерциальной системы отсчета относительно той, которую считают не подвижной, промежуток времени между двумя событиями с точки зрения наблюдателя в неподвижной системе возрастает.

Связь между временем в неподвижной и подвижной системах отсчета определяется формулой:

где t— время между двумя событиями в подвижной системе отсчета, t— в неподвижной системе отсчета, v— скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной, а с -скорость света.

2. Относительность расстояний

Согласно с теорией относительности расстояние также не является величиной абсолютной. Доказано, что с возрастанием скорости происходит уменьшение расстояний. Причиной этому является сокращение длины объекта.

Связь между длиной тела с линейными размерами в подвижной и не подвижной системах отсчета определяется формулой :

где l_{0 —} длина стержня в неподвижной системе отсчета, l— длина стержня в подвижной системе, которая движется относительно неподвижной со скоростью v.

Длина одного и того же тела в разных инерциальных ситстемах отсчета разная.

3. Зависимость массы от скорости.

Ученым, работающим с ускорителями частиц, давно известно,что когда скорость частиц стаёт ралятивистской ( около 10⁷м/с), то к их движению законы Ньютона не применимы. Такую частицу становится сложнее разогнать до необходимой скоости, а следовательно, больше затрачивается энергии, т. к. частица становится более инертной. По этой причине в физике было введено понятие релятивистской массы.

Масса частицы, находящейся в покое отличается от массы частицы, движущейся с релятивистской скоростью.

Где m— масса покоя , m— масса движущийся частицы.

4. Связь между массой и энергией.

Связь между массой и энергией- следствие закона сохранения энергии и того факта, что масса зависит от скорости света.

С помощью теории относительности Эйнштейн установил связь между энергией и массой с помощью формулы:

Это закон взаимосвязи массы и энергии, один из фундаментальных законов физики. Он связывает между собой две величины , которые раньше казались независимыми друг от друга.

Исходя из этого закона, можно сделать вывод, чтолюбой объект имеющий массу , имеет также энергию пророрциональную данной массе. И наоборот.

Тело имеет энергию и при нулевой скорости, это так называемая энергия покоя:

Суть закона взаимосвязи массы и энергии состоит в том, что энергия и масса- это две взаимосвязанные характеристики любого физического тела.

VI. Закрепление изученного материала

Тест «Да-Нет»

Формулы к тесту пишут на отдельной доске.

1. События, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, не одновременны в другой инерциальной системе отсчета, которая двигается с иной, чем первая система отсчета , скоростью. (Да)

2. (Нет) 3. (Да) 4. (Нет) 5.(Да)

6. Длина одного и того же самого тела в разных инерциальных системах отсчета одинаковы. (Нет)

7. Энергия и масса- это две взаимосвязанные характеристики любого объекта (Да)

7. Подведение итогов урока и сообщения домашнего задания

Учитель подводит итог урока, возращаясь к шкале «Выбери позицию», ученики комментируют свои позиции.

Домашнее задание

1. Выучить теоретический материал по учебнику.

2. Подготовиться к самостоятельной работе.

3. Выполнить творческое задание.

Смоделируйте ситуацию связанную основанную на постулатах теории относительности: изменением массы, расстояния , времени. Отразить ответ в виде фантастической ситуации.

Приложение .

Метод «Определи позицию»

Этот метод позволяет научиться определять позицию в отношении спорных проблем, выдвигать аргументы в защиту своего выбора.

Учитель предлагает ученикам рассмотреть проблемную ситуацию.

Учащиеся должны выполнить следующие действия:

1. Определить свою позицию, поствавить точку в шкале(на листе или доске).

2. Привеси аргументы в подтверждение своей мысли.

3. Ознакомиться с материалами или провести практический опыт, или разобрать необходимое утверждение, или призвести расчеты, которые помогут решить проблему.

4. После завершения работы, если мнение меняется, занять другую позицию.

Метод может применяться на этапе актуализации опорных знаний, рефлексии.

Список литературы:

1. ООФейгин. Парадоксальная физика времени. Изд.: Ранок-2012

2. Г.С. Ландсберга. Элементарный учебник физики. Т.1Механика.Теплота.Молекулярная физика.Изд.М.:Наука,1984

3. И. В. Яковлев. Физика.Компания «Ваш репетитор» MathUs.ru-электронный учебник

4. Электронный учебник https://www.nado5.ru/e-book/fizika-10