Учительська світлиця

УРОК № 56 / ІІ-2. ВІДНОСНІСТЬ ОДНОЧАСНОСТІ ПОДІЙ. ВІДНОСНІСТЬ ПРОМІЖКІВ ЧАСУ. РЕЛЯТИВІСТСЬКИЙ ЗАКОН ДОДАВАННЯ ШВИДКОСТЕЙ

Мета: 1) ввести релятивістську формулу додавання швидкостей та продемонструвати загальне застосування закону додавання швидкостей як для класичної, так і для релятивістської механіки; ознайомити учнів з астрономічним та лабораторним методами вимірювання швидкості світла, пояснити суть сталості швидкості світла у вакуумі;

2) продовжити ознайомлення учнів з навколишнім світом, навчити учнів у відомих явищах природи визначати коливальні рухи, давати їм пояснення з фізичного погляду, продовжити формування вмінь аналізувати навчальну інформацію та робити відповідні висновки, формування вмінь пояснювати спостережувані природні явища, використовуючи фізичні закони; продовжити формування критичного мислення учнів;

3) продовжити формування наукового світогляду учнів, ознайомивши їх з сучасним уявленням про форми існування матерії — простору і часу, показати еволюційний шлях розвитку наукових знань про навколишню дійсність на прикладі розвитку знань від класичної до релятивістської механіки шляхом ознайомлення учнів з сучасними прискорювачами елементарних частинок, прикладами із квантової оптики.

Очікувані результати: учні знають і розуміють основні положення СТВ, мають уявлення про загальну теорію відносності; розуміють релятивістський закон додавання швидкостей та застосовують його під час розв'язування задач.

Тип уроку: урок вивчення та засвоєння нових знань.

ХІД УРОКУ

I. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ 0,5 хв

II. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ 5 хв

III. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ (ЦОР) 1 хв

IV. ЕТАП ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Відносність відстаней

Відстань не є абсолютною величиною, а залежить від швидкості руху тіла відносно певної системи відліку.

Як бачимо з формули, l < l₀, у цьому полягає релятивістське скорочення розмірів тіла в системах відліку, що рухаються.

2. Відносність проміжків часу

· Час, вимірюваний спостерігачем, який рухається разом із годинником, називають власним часом.

Нехай інтервал власного часу між двома подіями, що відбуваються в одній і тій самій точці інерціальної системи K, дорівнює т₀. Цими подіями, наприклад, можуть бути два удари метронома, що відраховує секунди. Тоді інтервал т між цими ж подіями в системі відліку K₁, що рухається відносно системи K зі швидкістю описується так:

Очевидно, що т > т₀. У цьому полягає релятивістський ефект уповільнення часу в системах відліку, що рухаються.

Це явище експериментально спостерігали під час радіоактивного розпаду ядер.

Якщо v << с, то можна знехтувати величиною Тоді l ≈ l₀ і т ≈ т₀, тобто релятивістське скорочення розмірів тіл і вповільнення часу в системі відліку, що рухається, можна не враховувати.

3. Релятивістський закон додавання швидкостей

Ейнштейн показав, що звичайна формула механіки для додавання швидкостей не є правильною і має бути змінена. Релятивістський закон додавання швидкостей для тіл, що рухаються вздовж однієї прямої, має вигляд:

Розглянемо випадок з ракетами і Землею.

Перша ракета рухається зі швидкістю v = 0,6c відносно Землі. Швидкість другої ракети у тому ж напрямку відносно першої v = 0,8c. За класичним законом додавання швидкостей u = 1,4c. Але, за Ейнштейном, швидкість другої ракети відносно Землі буде

Якщо v << c, ця формула переходить у відому формулу перетворення Галілея для швидкості.

Дійсно, якщо v << c, то

Якщо одна зі швидкостей дорівнює швидкості світла, наприклад u' = c (тобто з першої ракети S' пускають лазер), то

V. ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ УЧНІВ

Розв'язування задач

1. Дві частинки віддаляються від спостерігача зі швидкостями 0,75c у протилежні боки. Якою є швидкість частинок відносно одна одної?

2. Космічний корабель віддаляється від Землі з відносною швидкістю v = 0,75c. З нього стартує ракета (у напрямі від Землі) зі швидкістю u' = 0,75c відносно корабля. Чому дорівнює швидкість ракети відносно Землі?

3. Дві фотонні ракети віддаляються одна від одної зі швидкістю 0,65c відносно земного спостерігача. чому дорівнює відносна швидкість ракет для їхніх екіпажів?

Контрольні запитання

1. За яких швидкостей руху релятивістський закон додавання швидкостей переходить у класичний закон?

2. У чому полягає принципова відмінність швидкості світла від швидкостей руху всіх тіл?

3. Що означає вислів «події A і B є одночасними»?

4. Доведіть, що поняття «раніше» й «пізніше» є відносними.

5. Які події називають одночасними?

VI. РЕФЛЕКСІЯ

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1. Вивчити відповідний параграф підручника, конспект уроку, відповісти на запитання після параграфа, виконати завдання за задачником.

2. Розв’язати задачу.

Дві частинки, відстань між якими 100 м, рухаються назустріч одна одній зі швидкостями 0,6c відносно нерухомого спостерігача. яке значення мала б відносна швидкість частинок за класичним законом додавання швидкостей?

3. Знайдіть інформацію про розвиток Ейнштейном теорії відносності.

4. Напишіть твір про життя та творчість відомого вченого.