Уроки фізики у 10 класі

РЕЛЯТИВІСТСЬКА МЕХАНІКА

 

Урок № 3

Тема. Маса. Закон взаємозв'язку маси та енергії

 

Мета: розглянути поняття інертної маси, фізичну суть закону взаємозв'язку маси та енергії; формувати вміння застосовувати формулу взаємозв'язку енергії та маси; розвивати логічне мислення, удосконалювати обчислювальні навички; формувати матеріалістичний світогляд.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Нема нічого сильнішого за знання.

Знання — це і справедливість, і розважливість, і мужність.

Платон

ХІД УРОКУ

I. Актуалізація опорних знань

Фронтальна бесіда

Учитель. Яку властивість тіл характеризує маса в класичній механіці?

Учень. З 7 класу ми знаємо, що маса тіла — це фізична величина, яка характеризує здатність тіл притягуватися до інших завдяки гравітаційній взаємодії.

Учень. Вивчаючи закони Ньютона, ми також з’ясували, що маса є кількісною мірою інертності тіл.

Учитель. Отже, на даному етапі наших знань про масу ми знаємо:

— Маса є мірою гравітаційних властивостей

Маса є мірою інертних властивостей тіл

      Учитель. Якою величиною — абсолютною чи відносною є маса в класичній механіці?

Учні. Маса тіла в різних ІСВ залишається незмінною, тобто маса — абсолютна величина.

 

II. Мотивація навчальної діяльності

Маса тіла залишається незмінною в різних ІСВ. Цей тезис є вірним й для швидкостей, які близькі до швидкості світла. Але обмеженість у зростанні швидкості тіла швидкістю світла має бути врахована. Розглянемо рух тіла під дією сталої сили. Нехай при t0 = 0, початкова швидкість 0 = 0, тоді другий закон Ньютона набуде вигляду F = m/t, звідси  =        Ft/m. Проаналізуйте, якою буде швидкість тіла.

Учні. Швидкість буде зростати необмежено, якщо протягом досить тривалого часу буде діяти стала сила на тіло.

Учитель. Але ж це суперечить теорії відносності, у якій швидкість світла не може зростати необмежено.

 

ІІІ. Сприйняття навчального матеріалу

Щоб узгодити цю суперечність з висновками теорії відносності, потрібно записати другий закон Ньютона у іншому вигляді:

image275

де p0 і p — початковий і поточний імпульс тіла. Оскільки швидкість тіла не може зростати необмежено, імпульс тіла у теорії відносності потрібно записати у такому вигляді:

image276

У класичній механіці енергія нерухомого тіла із заданою масою тіла m дорівнює нулю. Тіло набуває енергії, коли починає рухатись.

Теорія ж відносності доводить, що будь-яке тіло, яке вільно рухається, має енергію:

image277

закон взаємозв’язку маси та енергії.

Звідси видно, що будь-яке тіло, яке перебуває в спокої ( = 0), має енергію спокою Е0 = mc2.

Якщо тіло з масою m виділило енергію ΔE, маса цього тіла має зменшиться на Δm. Звідси випливає, що ΔE = Δm · c2. Величину Δm називають дефектом маси. Вона показує, настільки зменшиться маса тіла, якщо воно віддало енергію ΔE, або, навпаки, на скільки зросте маса тіла, якщо воно поглинуло енергію ΔE.

Отже, маса є мірою енергетичних властивостей будь-якого матеріального об’єкта.

 

IV. Осмислення об'єктивних зв'язків

Колективне розв’язування задач

1. Знайти повну енергію космічного апарата з масою спокою 10 т, який рухається зі швидкістю 0,9 с. (2,1·1021 Дж)

2. Визначити зміну маси вантажу у 20 т, яку підйомний кран підняв на 8 м вгору?

Дано: m0 = 20 т = 2·10 кг, h = 8 м, с = 3·108 м/c.

Знайти: Δm - ?

Розв’язання

ΔE = Δmc2. За релятивістським законом динаміки зміна повної енергії ΔE дорівнює потенціальній енергії вантажу: ΔE = En = m0gh, тоді image279

image280

Відповідь: маса вантажу змінилась на 0,2·10-11 кг.

3. Визначити, на скільки зменшується маса Сонця за 1 с за умови, що загальна потужність випромінювання 3,83·1026 Вт.

Дано: P = 3,83·1026 Вт, t = 1 c, c = 3·108 м/c.

Знайти: Δm - ?

Розв’язання

image281

тоді

Відповідь: щосекунди маса Сонця зменшується на 4,3·109 кг.


Робота в групах

Розв’язати задачі.

Група № 1

1. Позначимо масу тіла m. Укажіть усі правильні твердження.

image282

2. Чому дорівнює повна енергія тіла масою 1 кг?

Група № 2

1. Як змінюється енергія частинки під час руху зі швидкістю 0,9 с? Вкажіть правильну відповідь.

а) Збільшується в 2,3 рази;

б) не змінюється;

в) зменшується в 2,3 рази.

Група № 3

1. Який із наведених виразів являє собою енергію спокою системи? Вкажіть правильну відповідь.

2. Знайти кінетичну енергію електрона, що рухається зі швидкістю 0,6 с.

Група № 4

1. У скільки разів збільшується енергія частинки під час руху зі швидкістю 0,99 с?

2. На скільки змінюється маса 1 кг льоду під час його плавлення? Питома теплота плавлення льоду 330 кДж/кг.


V. Підсумки уроку

Міні-виступ «Моє відкриття на сьогодні»: учні висловлюються про відкриття, яке вони зробили для себе на занятті.

 

VI. Домашнє завдання

1. Опрацювати відповідний параграф; повторити вивчений матеріал попередніх тем.

2. Виконати № 9.7, 9.8-Г.




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