План-конспект урока физики в 11 классе по теме "Постулаты теории относительности"
план-конспект урока по физике (11 класс)

План-конспект (технологическая карта) урока физики.

Предмет: физика.

МБОУ Лесногородская СОШ

Преподаватель: Немцова А.Ю.

11 класс                                                                                                   14.02.2020

Организация пространства

Структура и ход урока.

Приложение.

Содержание урока.

Здравствуйте дети! Я рада встрече с Вами!

1. Актуализация знаний и мотивация.

Перед тем, как начать изучение нового для Вас раздела физики, давайте повторим уже известные Вам понятия и явления.

1) Какие системы называются инерциальными (ИСО)? (Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона – закон инерции.)

2) Какие системы отсчета называются неинерциальными? (Системы отсчета, которые вращаются или ускоряются.)

3) Сформулируйте принцип относительности Галилея. (Все механические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Т.е. все ИСО равноправны.)

4) Сформулируйте классический закон сложения скоростей в механике Ньютона. (Скорость движения тела относительно неподвижной системы отсчета равна векторной сумме скорости этого тела относительно подвижной системы отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета.)

5) Какие события мы называем одновременными? (События, которые могут происходить в одно и то же время.)

6) А какие события мы называем одноместными? (События, координаты которых совпадают.)

7) Изучая электродинамику Максвелла, мы с Вами говорили о скорости света. Чему равно это значение? (300 000 км/с.)

8) Как Вы думаете, можно ли применит классический закон сложения скоростей для тел, движущихся со скоростью света? (Затрудняются ответить.)

Сегодня на уроке мы с Вами по-новому взглянем на понятия пространства, времени и движения со скоростями, близкими к скорости света.

Ведь движение со скоростями, близкими к скорости света не подчиняется классическому закону сложения скоростей. Итак, запишем в тетрадь тему урока: «Постулаты теории относительности.»

2. Изучение нового материала.

Какая цель на уроке? – Узнать постулаты теории относительности.

Что мы для этого должны узнать? Какие задачи решить? Что Вас интересует?

-Сформировать представление о специальной теории относительности Эйнштейна и ее постулатах.

А сейчас прослушайте что писал Эйнштейн: «Когда я спрашиваю себя, чем можно объяснить то, что именно я открыл теорию относительности, я думаю, что все дело заключается в следующем: нормальный взрослый человек не ставит перед собой проблему осмысления пространства и времени. Все, что, по его мнению, можно думать об этом, он пережил уже в детстве. Я же, напротив, развивался настолько медленно, что начал думать о пространстве и времени и изумляться этому, когда уже был взрослым человеком. Естественно, что я смог поникнуть в эту проблему глубже, чем обычный ребенок.»

Теория относительности возникла не случайно, а явилась закономерным итогом предшествующего развития физической науки. новая теория не отменяет старой, а включает её в себя как частный, предельный случай.

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.

(Слайд №1 презентации) 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.

(Слайд №2 презентации) 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. Прибор был установлен на квадратной каменной плите, плавающей в жидкой ртути. Система зеркал направляла пучок света в определенном направлении, зеркала отражали пучок туда и обратно по одному направлению так, что он делал 8 пробегов. В то же время другая система зеркал посылала пучок в перпендикулярном направлении. Прибор медленно поворачивали и рассматривали интерференционные картины, образованные двумя потоками световых пучков. 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. Опыт Майкельсона—Морли окончательно показал, что «абсолютной системы отсчета» в природе не существует.

(Слайд №3 презентации) 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.

1 постулат: Все процессы природы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

2 постулат: Скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала.

Запишите эти постулаты себе в тетрадь.

Постулат – это основное положение, которое не может быть логически доказано, а является результатом обобщения всех опытов.

(Слайд №4 презентации) С точки зрения классической физики первый и второй постулаты входят в противоречия друг с другом. По первому постулату законы механики (как частный случай законов физики) справедливы во всех ИСО. Следовательно, справедлив и закон сложения скоростей. Однако второй постулат противоречит классическому закону сложения скоростей. Значит, в СТО нельзя пользоваться преобразованиями Галилея. Заменив преобразования Галилея на преобразования Лоренца, Эйнштейн устранил кажущееся противоречие между постулатами, что позволило объяснить многие опыты по электродинамике и оптике.

(Слайд №5 презентации) Время, отсчитываемое покоящимися в ИСО часами, называется собственным временем.

Длину тела L0, относительно которого оно в ИСО находится в покое называют собственной длиной.

Массой покоя m0, называют массу тела в состоянии покоя относительно ИСО.

Скорость света c и собственное время Δτ инвариантны в любых ИСО.

Чтобы сформулировать эти постулаты, нужна была большая научная смелость, т.к. они, очевидно, противоречили классическим представлениям о пространстве и времени.

Статья Альберта Эйнштейна «Электродинамика движущихся тел», посвященная СТО, была написана в 1905 году, а в 1907 году автор направил ее на конкурс в университет г. Берна. Один из профессоров вернул Эйнштейну его работу со словами: «Того, что вы написали здесь, я совершенно не понимаю». В 1916 году была написана работа по общей теории относительности. Вряд ли существовал другой такой ученый, личность которого была бы столь популярна среди населения всей планеты и вызывала всеобщий интерес.

(Слайд №6 презентации) Посмотрим, что было необычного в СТО.

С точки зрения СТО продолжительность событий, количество движения, масса тела не являются величинами абсолютными, они зависят от скорости движения наблюдаемых объектов относительно наблюдателя. Эффекты СТО начинают проявляться при скоростях, близких к скорости света, а при обычных, земных скоростях движение и характеристики объектов можно рассчитывать по хорошо знакомым классическим формулам. Теория относительности – дальнейшее обобщение, развитие физических законов движения. Она не отменяет, а включает в себя как необходимую составную часть всю классическую механику.

Итак, современная физика подразделяется на:

классическую механику, которая изучает движение макроскопических тел с малыми скоростями (v<

релятивистскую механику, которая изучает движение макроскопических тел с большими скоростями (v

квантовую механику, которая изучает движение микроскопических тел с малыми скоростями (v<

релятивистскую квантовую физику, которая изучает движение микроскопических тел с произвольными скоростями (v

(Слайд №7 презентации) Посмертно Альберт Эйнштейн был награжден целым рядом отличий. В 1999 году журнал «Тайм» назвал Эйнштейна личностью века. 2005 год был объявлен ЮНЕСКО годом физики по случаю столетия «года чудес», увенчавшегося открытием специальной теории относительности Эйнштейна.

Решение задач.

(Слайд №8 презентации) 1) Какой объект может двигаться со скоростью, большей скорости света с?

        1) солнечный зайчик на отдаленной стене относительно стены

        2) протон в ускорителе относительно Земли

        3) электромагнитная волна относительно Земли

        4) ни один из объектов, так ка это принципиально невозможно

(Ответ: 4.)

(Слайд №9 презентации) 2) Какие из ниже приведенных утверждений являются постулатами СТО?

А. Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Б. Скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью частиц.

В. Все инерциальные системы отсчета равноправны для описания любых физических явлений.

(Ответ: 2).

(Слайд №10 презентации) 3) Два автомобиля движутся в противоположных направлениях со скоростями υ1 и υ2 относительно поверхности Земли. Чему равна скорость света фар первого автомобиля в системе отсчета, связанной с другим автомобилем?

А. с + (υ1 + υ2);    Б. с + (υ1 - υ2 );    В. с – (υ1 + υ2 );    Г. с – (υ1 - υ2 );   Д. с.

(Ответ: Д.)

3. Рефлексия.

Наш урок подходит к концу. В заключении хочу привести Вам слова другого известного физика:

Значение теории относительности простирается на все процессы природы, 
начиная от радиоактивности, волн и корпускул, излучаемых атомом, и вплоть до движения 
небесных тел, удаленных от нас на миллионы лет.
Макс Планк

Мы с Вами в очень активной форме изучили постулаты специальной теории относительности. Вы учились применять свои знания в новых ситуациях. И у Вас это получилось.

Что нового Вы узнали сегодня на уроке? Чему научились? Выслушать ответы учащихся.

4. Домашнее задание: §61-62; задачи ЕГЭ к §62 решить подробно.