Учительська світлиця

УРОК № 57 / ІІ-3. ПОВНА ТА КІНЕТИЧНА ЕНЕРГІЯ РУХОМОГО ТІЛА. ЕНЕРГІЯ СПОКОЮ

Мета: 1) поглибити знання учнів з теми що вивчається, сформулювати основні наслідки із СТВ: як змінюється енергія в іншій системі відліку; сформувати вміння розв'язувати задачі, використовуючи формули зміни енергії;

2) продовжити формування вмінь аналізувати умови задач, обирати оптимальний спосіб розв'язання цих задач, — математичної компетентності учнів під час обчислення кінцевого результату задач;

3) продовжити формування наукового світогляду учнів, ознайомивши їх з методами наукового пізнання природи, експериментальним підтвердженням основних наслідків СТВ.

Очікувані результати: учні знають і розуміють основні положення СТВ, мають уявлення про загальну теорію відносності; розуміють основні наслідки СТВ та застосовують вивчені формули 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

Тести (див. ЦОР до уроку)

III. МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ (ЦОР) 1 хв

IV. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Повна енергія тіла, що рухається

У класичній фізиці кінетична енергія тіла, що рухається, обчислюється за формулою: Енергія ж тіла в стані спокою, вважається такою, що дорівнює нулю.

Енергія тіла в релятивістській механіці записується так:

Розглянемо, який вигляд має ця формула, якщо швидкість тіла v у багато разів менша за швидкість світла с. У такому випадку можна показати, що:

тому формула для енергії набуває вигляду:

де Е — повна енергія тіла; Е₀ = mс² — власна енергія тіла або його енергія спокою; — кінетична енергія.

· Співвідношення Е₀ = mс² називають формулою Ейнштейна для енергії спокою тіла.

Це, мабуть, найвідоміша формула у фізиці — вона є ніби символом фізики XX ст. З неї випливає, що навіть тіло, яке перебуває в стані спокою, має енергію вже внаслідок того, що в тіла є маса. Сам Ейнштейн описав це так: «Маса тіла є мірою енергії, що міститься в ньому».

З формули Е₀ = mс² випливає, що в разі зміни маси тіла на Am виділяється енергія ΔЕ₀ = Δmс².

Цей висновок справді підтвердився в ядерних реакціях: наприклад, на атомних станціях енергію отримують у результаті розподілів ядер Урану. При цьому сумарна маса продуктів реакції менша за масу ядра Урану лише на соті часток відсотка.

Але не можна трактувати цю формулу як перехід маси в енергію, тому що енергія й маса — дві фізичні величини, які характеризують різні властивості тіла.

2. Чи можна виявити зміну маси в разі зміни енергії тіла?

Неважко підрахувати, що енергія, яка міститься в тілі, величезна. Так, енергія спокою тіла масою лише 1 г дорівнює:

Така енергія виділяється внаслідок спалювання приблизно 3000 т вугілля — це навантажений потяг завдовжки близько 1 км.

З іншого боку, 1 Дж енергії еквівалентний незначній масі 10^-17 кг. Наприклад, у процесі нагрівання 3 л води від кімнатної температури до температури кипіння води маса води (якщо вода не випаровується) збільшується лише на одну стомільйонну частку грама.

3. Швидкість світла — гранична швидкість

Що ж відбувається з енергією тіла, коли його швидкість наближається до швидкості світла?

З формули випливає, що за умови v → с енергія тіла прямує до безкінечності. А це означає, що тіло не зможе досягти швидкості світла. Отже, швидкість світла є граничною швидкістю: жодне тіло, що має масу, не може рухатися зі швидкістю світла.

V. ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ УЧНІВ

Розв'язування задач

1. Порівняйте енергію, що виділяється внаслідок зміни маси тіла на 1 кг в результаті згоряння 1 кг бензину.

2. 1 г води передали 100 Дж теплоти. На скільки збільшилася маса води? Звідки береться додаткова маса?

3. На скільки змінюється маса 1 кг льоду в результаті плавлення?

4. Обчисліть кінетичну енергію електрона, що рухається зі швидкістю 0,6c.

5. У скільки разів енергія спокою атома гелію більша за його енергію теплового руху? Температуру t газу зазначено в таблиці варіантів.

6. Якщо частинка масою m₀ рухається зі швидкістю v, то імпульс частинки дорівнює р. Обчисліть значення величини, позначеної зірочкою (*). У скільки разів енергія частинки, що рухається, більша за енергію її спокою? як зміняться імпульс і енергія частинки за зменшення її швидкості в α разів?

Контрольні запитання

1. Чи зміниться маса пружини, якщо її:

а) стиснути?

б) розтягти?

2. Чи може електрон у якому-небудь середовищі рухатися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в цьому середовищі?

VI. РЕФЛЕКСІЯ

VII. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

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

2. Розв’язати задачі.

1). Яку енергію спокою має тіло масою 200 г?

2). Визначте імпульс і кінетичну енергію протона, який рухається зі швидкістю 0,6с.