Уроки фізики у 10 класі

РЕЛЯТИВІСТСЬКА МЕХАНІКА

 

Урок № 2

Тема. Основні наслідки спеціальної теорії відносності

 

Мета: з'ясувати відносність одночасності подій у різних ІСВ, відносність часу та відстаней; розвивати логічне мислення, вміння проводити уявний експеримент, робити висновки.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ

I. Актуалізація опорних знань

Фізичний диктант

1. У 1905 році Ейнштейн створив теорію...

2. В основі теорії відносності лежать два...

3. Принцип відносності Галілея застосовний лише для...

4. Граничною швидкістю передавання сигналів є...

5. Перший... Ейнштейна виражає принцип відносності.

6. З постулатів теорії відносності випливає ... закон додавання швидкостей.

7. Швидкість світла у . є граничною швидкістю передавання сигналів.

8. Електродинаміку і фізику ... швидкостей називають релятивістською фізикою.

 

II. Мотивація навчальної діяльності

Постулати СТВ змусили переглянути спрощені уявлення про простір і час, якими керувалася класична фізика. Насамперед СТВ об’єднала простір і час в єдину систему. За таких умов кожне явище розглядається в чотиривимірній системі координат (х, y, z, t), тобто кожній події, кожному явищу відповідає не лише просторова визначеність їх координат, а й пов’язана з ними часова характеристика їх перебігу.

Теорія відносності спростувала твердження класичної фізики про одночасність подій для будь-якого спостерігача.

Давайте і ми проведемо відповідні міркування і з’ясуємо, чи насправді одночасність подій — поняття відносне, як протікає час у рухомій ракеті і що відбуватиметься з лінійними розмірами предмета, який рухається зі швидкістю, наближеною до швидкості світла.

 

III. Сприйняття та засвоєння нового матеріалу

Розглянемо поширення світлового променя одночасно в нерухомій і рухомій системах відліку.

Нехай у нерухомій системі відліку перебуває спостерігач (рис. 1). На однаковій відстані L справа і зліва від нього знаходяться сполучені з годинниками джерела світла A і B, які періодично випромінюють світловий імпульс. У певний момент часу, зафіксований годинником, що ліворуч, джерело світла A посилає імпульс у напрямку спостерігача. У цей самий час такий самий імпульс випромінює і джерело світла B.

 

 

Рис. 1

 

Оскільки відстані від спостерігача до джерел світла однакові, то й час поширення світла також буде однаковим, адже t = L/c, а c=const.

Якщо спостерігач зафіксує надходження імпульсів від обох джерел світла одночасно, то за такої умови можна дійти висновку, що в точках A і B події (у цьому випадку випромінювання світла) відбулися одночасно.

 

 

Рис. 2

 

Нехай тепер спостерігач наближається до одного із джерел світла, наприклад до правого (рис. 2). У цьому разі він спостерігатиме іншу картину. Імпульс від джерела світла B надійде до нього раніше, ніж від джерела A, оскільки за час поширення імпульсу спостерігач наблизиться до джерела світла B і віддалиться від джерела A:

image269

Звідси: tA > tB, оскільки lA > lB, а швидкість світла c = const. Тому для рухомого спостерігача час поширення світла від джерел A і B буде різним, і для рухомої системи відліку момент випромінювання світла не буде одночасним. Отже, дві події, що відбуваються в різних точках простору і є одночасними в одній системі відліку, не будуть одночасними в іншій.

Ви побачили, що одночасність подій — поняття відносне. А чи однаково плине час для спостерігача в ракеті і для спостерігача на Землі?

Розженемо ракету до швидкості 260 000 км/c, а висота   ракети для спрощення обчислень нехай дорівнює 300 000 км. Внизу розмістимо джерело світла s, вгорі — дзеркало D. Промінь світла виходить із джерела s, відбивається від D і потрапляє на приймач P з автоматичним секундоміром (рис. 3). Що покаже секундомір?


image270

 

Рис. 3


Учні. Для спостерігача в ракеті світло йде вгору:

і 1 с йде вниз, разом — 2 с.

Учитель. Якою буде траєкторія променя світла для земного спостерігача (рис. 3 б), якщо ракета рухається зі швидкістю, наближеною до швидкості світла?

У ч н і. Промінь поширюватиметься по шляху sD'P.

Учитель.У скільки разів відстань sD' більша за відстань sD?

Учні. Приблизно у 2 рази.

Учитель. А швидкість світла змінилась?

Учні. Ні, вона стала.

Учитель. А шлях променя збільшився вдвічі, отже, час ходу променя зріс у 2 рази, тобто час від спалаху до прийому променя світла в рухомій ракеті становить 2 с. А який час від спалаху до прийому світла пройшов для земного спостерігача?

У ч н і. 4 с.

Учитель. Який висновок можна зробити?

Учні. У рухомій ракеті час тече повільніше, ніж у нерухомій.

Учитель. Отже, від чого залежить час?

Учні. Від швидкості системи.

Учитель. Для розрахунку часу t, що пройде для нерухомого спостерігача, залежно від часу t0, що пройде в рухомій системі, існує також співвідношення:

image271

де  — швидкість рухомої системи відносно нерухомої, c — швидкість світла у вакуумі. Отже, час у рухомих системах тече повільніше.

Учитель. Як ви думаєте, відстань величина абсолютна чи відносна? Від чого залежить відстань?

У ч н і. Відносна, повинна залежати від швидкості системи.

Учитель. Ви правильно міркуєте. Запишіть співвідношення між довжиною тіла l0 у стані спокою і довжиною тіла l у ракеті, що летить зі швидкістю v відносно Землі:

image272

Отже, наступний висновок: лінійні розміри тіл у рухомих системах зменшуються.

 

VIII. Осмислення об'єктивних зв'язків Розв’язування задач

1. Чому дорівнює довжина метрового стержня (для земного спостерігача), що рухається зі швидкістю 0,6 с?

2. Зореліт рухається відносно Землі зі швидкістю 0,4 с. Який проміжок часу пройде на зорельоті за 25 земних років

 

IX. Узагальнення знань

Самостійне складання ОК

1. Одночасність подій — поняття відносне.

2. Час у рухомих системах тече повільніше:

image273

3. Лінійні розміри тіл у рухомих системах зменшуються:

image274

 

X. Підсумки уроку

Інтерактивна вправа «Мікрофон»

Закінчи речення.

• Основними наслідками СТВ є...

• У рухомій і нерухомій системах відліку час плине ... і довжина тіл ... .

 

VII. Домашнє завдання

1. Опрацювати відповідний параграф підручника та ОК.

2. Підготувати повідомлення про життя та діяльність А. Ейнштейна.




Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити