Урок физики Учитель физики Долгова С. А. Тема: Элементы Специальной теории относительности (сто)

Вид материала

Урок

Содержание С.Я. Маршак 2.Относительность времени. Обратить внимание учащихся на эпиграф к уроку. Верно ли утверждение? Может ли осуществиться эта ситуация? 3. Относительность расстояний Связь между энергией и массой П К´ К ричины создания СТО Относительность времени. Относительность расстояний Сложение скоростей.

Подобный материал:

• Всемирный Год Физики: переосмысление относительности, 146.79kb.
• Развитие теоретической физики в ХХ веке шло под флагом зарождения, развития и становления, 110.96kb.
• Лекция Элементы специальной теории относительности в курсе физики средней школы, 340.71kb.
• Методика изучения электродинамики в школьном курсе физики раздел «электродинамика», 808.93kb.
• Урок-повторения и обобщения темы "сто специальная теория относительности", 114.09kb.
• Основные достижения классической физики содержание, 271.88kb.
• Физика изучение физики в старшей школе на профильном уровне направлено на достижение, 200.25kb.
• Не только Майкельсон, но и все другие физики, знавшие о готовящемся эксперименте,, 67.19kb.
• Реферат по физике на тему: Принцип, 98.31kb.
• Льной теории относительности (сто) выводится положение об относительности одновременных, 75.43kb.

Урок физики

Учитель физики Долгова С.А.


Тема: Элементы Специальной теории относительности (СТО)

Цель:

понимать необходимость отказа от классической теории относительности;

знать какие утверждения лежат в основе СТО;

раскрывать относительный характер пространственных расстояний и промежутков времени;

понимать содержание формулы связи между массой и энергией.


Сегодня в полдень пущена ракета.

Она летит быстрее света

И в цель прибудет ровно в семь утра…

ВЧЕРА.

С.Я. Маршак

ВСТУПЛЕНИЕ.(подготовка к восприятию материала) Весь окружающий нас мир пронизан результатами творчества и научного поиска человека. Каждый человек созидатель, способный изменить мир. А.Эйнштейн был художником, философом и религиозным мыслителем – и именно поэтому он стал реформатором естествознания.

«Самое непонятное в этом мире - это то, что его можно понять», написал однажды Эйнштейн. А науку он определил как « создание человеческого разума с его свободно изобретенными идеями и понятиями». В 16 лет он задался вопросом, а можно ли догнать световой луч, а в 26 лет ответил на этот вопрос, создав Специальную теорию относительности.

В этом году отмечается 100-летие, как была открыта Специальная теория относительности. Принято считать, что нобелевским лауреатом Эйнштейн стал за создание этой теории, но нет. Но не было бы ни малейшей ошибки, если бы он получил ее дважды. Одна из очевидных несправедливости в истории науки. Что это за теория и причины ее создания - тема сегодняшнего урока.

Лекция учителя

Опорный конспект учащихся

На протяжении веков в науке господствовали классические представления о пространстве, времени и движении: пространство и время считались абсолютными, а фундаментальная скорость – бесконечно большой. Эти представления лежали в основе механики Ньютона. ? –В чем заключается механический принцип относительности? (Механический принцип относительности заключается в том, что все механические явления протекают одинаково в любой ИСО (т. е. для любых механических явлений, все ИСО равноправны),- принцип относительности Галилея (преобразования Галилея). Галилей не задумывался о других явлениях, т.к. в те времена механика составляла, по существу, всю физику, и представления о пространстве и времени соответствует повседневному опыту, очень привычны и понятны, поэтому неудивительно, что на протяжении веков они не вызывают сомнения. « Счастливый Ньютон, счастливое детство науки!»- улыбался Эйнштейн, думая о том времени. В середине ХIХ в. была создана теория электромагнитных волн (теория Максвелла). Согласно этой теории свет распространялся со скоростью 300000 км/ч. Возникшие трудности пытались преодолеть тремя способами. Относительно чего свет движется со скоростью с? (Ответ не содержался ни в одной теории).Если свет – волна, и если волна распространяется в среде, то свет движется со скоростью с относительно среды. Эта светоносная среда получила название эфира. (рассказ Первые два пути были отвергнуты экспериментом. Что делать? Эйнштейн решает отказаться от преобразований Галилея и от всех классических представлений о времени и пространстве. Этот шаг требовал огромной научной смелости, ибо он означал коренной пересмотр самых глубоких представлений не только физики, но и вообще науки того времени. Но Эйнштейну было 26 лет и смелости ему было не занимать. 1905 г. Отвергнув гипотезу эфира, предложил специальную (частную) теорию относительности, на основе которой можно совместить механику и электродинамику. В ней Эйнштейн сформулировал два принципа. ? В чем главное отличие между точками зрения Лоренца, Герца и Эйнштейна на возможность разрешения противоречий между электродинамикой и Механикой Ньютона (Существование светоносного эфира) Чтобы легче было понять необходимость отказа от КТО рассмотрим следующую ситуацию (мыслительный опыт необязательно оформлять в тетради): Пусть из одного конца движущегося вагона в другой посылается световой сигнал. Предположим, что он сначала распространяется по ходу поезда, а затем назад. Опишем распространение света между стенками вагона с точки зрения наблюдателей из двух инерциальных систем: подвижной и неподвижной Таким образом нравится нам это или не нравится, но мы должны отказаться от абсолютности длин и промежутков времени. Задача: найти новые преобразования. ? Какие утверждения лежат в основе теории относительности? Следствия из постулатов. 1.Относительность одновременность событий. Часы идут синхронно, если свет от источника расположенного по середине между часами одновременно достигает обоих часов. Но так будет лишь в системе К´ . В системе К световая волна должна будет пройти до часов на носу корабля большее расстояние, чем до часов на корме. 2.Относительность времени. Замедленнее времени позволяет, в принципе, осуществить «путешествие в будущее». Задача: Пусть космический корабль, движется со скоростью υ=0,8с относительно Земли до звезды и обратно Сколько лет пройдет по земным часам ,если в космическом корабле пройдет 21 год? Обратить внимание учащихся на эпиграф к уроку. Верно ли утверждение? Может ли осуществиться эта ситуация? (Ответ: согласно следствию СТО – нет ,путешествие в прошлое невозможно, ракета вернется в будущее, показания часов земных и корабля будут разные) 3. Относительность расстояний Стержень покоится в ракете (система отсчета К´). Ракета движется со скоростью υ относительно Земли (система отсчета К). 4. Сложение скоростей. СТО включает в себя КТО как частный случай (принцип соответствия - главный принцип современной науки) Замечательным свойством закона сложения является то, что при любых скоростях u и υ, результирующая скорость не превышает с ? В чем состоит принципиальное отличие скорости света от движения всех тел. Закон Ньютона в релятивистской форме. В классической механики основным законом является второй закон Ньютона. Этот закон можно записать через изменение импульса. Основной закон релятивисткой механики записывается в прежней форме. Связь между энергией и массой А.Эйнштейн установил основную формулу, связывающую энергию, импульс и массу движущегося тела. В нее входят релятивистские импульс и энергия. Из основной формулы следует связь массы тела с его энергией. Эта формула позволяет перевести изменение энергии взаимодействующих тел при нагревании, химических реакций или радиоактивных превращениях в эквивалентное изменение массы. ? Почему при нагревании тела не удается обнаружить на опыте увеличение его массы? (Так как коэффициент 1/с2- мал, заметное изменение массы возможно только при больших изменениях энергии.) Например, в центре Солнца происходят термоядерные реакции синтеза водорода с образованием гелия, при этом выделяется колоссальная энергия. По формуле Эйнштейна можно вычислить какая часть массы Солнца ежесекундно превращается в излучение, и дать прогноз, что его запасов хватит еще на 10 млрд. лет Задача: Общая мощность излучения Солнца составляет около 3,8*1026 Вт. На сколько уменьшается масса Солнца в 1 с? Итоги. Вскрыв относительный характер пространственных расстояний и промежутков времени и тяготении и установив неизвестную ранее связь между энергией и массой, специальная теория относительности ознаменовала новый этап в развитии физической науки. За эти годы было много атак на теорию относитель­ности Эйнштейна. Например, в прошлом году ее поставили под сомнение исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США). А вот в Европе еще в 1920 году была создана "Антиэйнштейновская лига", во главе которой стояли два нобелевских лауреата -Ленард и Штарк. В России существует орга­низация "Антиэйнштейн": в нее входит группа физиков, занимающаяся опровержением тео­рий Эйнштейна. Проведенные недавно исследования английских физиков и астрономов позволили им сделать вывод, что скорость света, вопреки постулату Эйнштейна, со временем меняется. Много лет сходными проблемами современной физики занимается наш земляк, про­фессор Новороссийской государственной морской академии Виктор Демьянов. В ча­стности, в его капитальном труде "Эфиродинамический детерминизм начал" показано, что теория относительности является приближен­ной. И улучшение классической физики XIX века до современного состояния позволило решить целый ряд проблем. - Без этого улучшения нельзя было бы со­здать ускорители, разработать ядерную и во­дородную бомбу, получить спутниковую сис­тему навигации GPS, - говорит Виктор Владимирович в своем интервью газете «Новороссийский рабочий». Сам Эйнштейн тоже отмечал, что его теория приближенна, а вот это многие не понимали, отсюда и ошибки. Мир - эфиростатен. Начало мира - в эфире. И когда человечество построит эфиродинамическую теорию, то ста­нет понятна приближенность Эйнштейна. А вот самым большим грехом Эйнштейна явля­ется как раз непризнание эфира. Ведь ско­рость света она всегда изменяется - в воде, в воздухе, в вакууме и т.д. На базе классичес­кой физики у теории эфира ничего не получи­лось, так как многие явления объяснить было невозможно. Ведь многие основополагающие исследования, в том числе и отечественных ученых Капицы (по сверхтекучести), Ландау (по сверхпроводимости) появились гораздо позднее выводов Эйнштейна. Только с этих позиций может быть понято существование сверхплотной и сверхпроницаемой среды - эфира. К 100-летию теории относительности, от­мечаемой в этом году, В.В. Демьянов написал книгу "Не­раскрытая тайна теории относительности" из­дательство НГМА. (Демонстрация книг Демьянова) Над этими проблемами он задумался очень давно, свои эксперименты ставил еще в 60-е и 70-е годы. И в пос­ледней книге фактически завершает труд десятилетий. В ней он показывает, где находит­ся теория Эйнштейна в теории абсолюта. Ее суть - в приближенности. (заканчивается урок звучанием сонаты Моцарта)

П К´ К ричины создания СТО Представления классической механики - t. l. a –абсолютны - v. S - относительны Механические явления протекают одинаково во всех ИСО. Справедливо ли это для других физических процессов? По закону классической механики: υотн = υ+с > c Эксперимент показывает, что υ = с 1905г. А.Эйнштейн. СТО Постулаты(аксиома) Скорость света во всех ИСО одна и та же Законы физики во всех ИСО имеют один и тот же вид. К´ К Время распространения луча вправо Время распространения луча влево Время распространения луча туда и обратно несовместимо с классическими представлениями о пространстве и времени Следствия из постулатов: Относительность одновременность событий. События одновременные в одной ИСО не являются одновременными в другой, т.е. одновременность событий относительна. Относительность времени. τ´- интервал времени между двумя событиями в К´ τ - //- в К . тогда τ>τ´ Движущиеся часы идут медленнее неподвижных. Время на движущихся часах замедляется. Д ано: υ=0,8с τ´=21 год τ - ? О твет: космонавты возвратятся на Землю по земным часам спустя 35лет Относительность расстояний длина (собственная) стержня в системе К´ длина стержня в системе К Движущиеся тела сокращаются в направлении движения. Если υ<, тогда Сложение скоростей. u – скорость тела относительно К´ υ - скорость системы К´ относительно К υотн - скорость тела относительно К Если υ<<c u<<c, то Если u=с, то Если u=с, υ=с, то Закон Ньютона в релятивистской форме , , - релятивистский импульс, где -лоренц-фактор Связь между энергией и массой - энергия тела. - энергия покоя тела Любое тело обладает энергией уже только благодаря факту его существования. Дано: Решение: Р=3,8*1026 Вт. t=1с , Δm=4,22*109кг _________ Δm-?