Разработка уроков Физика (СПО) по разделу "Специальная теория относительности"

ТЕМА: Основные положения специальной теории относительности и некоторые следствия из них.

Относительность одновременности событий.

ЭПИГРАФ: «Теория относительности Эйнштейна это Акрополь человеческой мысли» (Л.Купер)

ЦЕЛИ УРОКА: Углубить знания о пространстве и времени; раскрыть содержание основных понятий СТО;

познакомить с постулатами СТО и основными следствиями из них; раскрыть смысл понятия

относительности одновременности событий.

Развивать интерес к предмету физика; развивать логическое мышление, умение

анализировать физические явления и делать выводы; развивать память, речь учащихся.

Воспитывать научное мировоззрение у учащихся, интерес к науке, трудолюбие, аккуратность

при ведении конспектов, чувство ответственности и товарищества.

ТИП УРОКА: Изучение нового материала. Лекция-визуализация.

МЕТОДЫ: Объяснительно-иллюстративный, частично поисковый.

ОБОРУДОВАНИЕ: 1. Мультимедийная доска, компьютер.

2. Презентация Power point «Постулаты СТО Эйнштейна

и некоторые следствия из них»;

3. Видеоролик «Относительность одновременности событий»;

4. Видеоролик «Замедление времени»;

5. Раздаточный материал: брошюры «СТО», тестовые задания.

ХОД УРОКА:

Здравствуйте, я рада видеть всех присутствующих на занятии. Надеюсь что Вы будете активны и внимательны, время урока пролетит быстро и познавательно.

Сегодня на занятии в каждом утверждении и слове будет незримо присутствовать таинственный господин, имени которого мы пока не знаем. Я предлагаю Вам самим отгадать его имя по некоторым биографическим сведениям.

Игра «Узнай меня»:

1. Какие только списки самых известных людей не составлялись к концу прошлого века, имя этого человека присутствовало в них непременно.

2. Жил в Германии, Швейцарии и США.

3. Получил диплом математика и физика.

4. Свою теорию относительности окончил в 1905 году.

5. Получил Нобелевскую премию по физике.

- это Альберт Эйнштейн.

Сегодняшний урок на прямую связан с именем А.Эйнштейна, т.к. тема нашего занятия «Основные положения специальной теории относительности и некоторые следствия из них. Относительность одновременности событий».

Эпиграфом я взяла слова известного американского физика, лауреата Нобелевской премии Лиона Купера «Теория относительности Эйнштейна это Акрополь человеческой мысли».

(Акрополь - огромная скала, возвышающаяся над окружающей местностью и видная со всех сторон)

Мы настолько привыкли к свойствам окружающего нас пространств и времени, что даже не задумываемся над значением этих терминов.

Поэтому на сегодняшнем уроке я познакомлю Вас с основными постулатами СТО Эйнштейна и некоторыми следствиями из них, что расширит Ваши представления о пространстве и времени, Эти понятия входят в изучение нового раздела физики – релятивистская механика.

Какую механику мы с Вами изучили ?

- Классическую мехнику.

Для закрепления изученного ранее материала прошу ответить мне на следующие вопросы, которые так или иначе связаны с новой темой:

Вопросы:

1. Выдающийся английский физик, именем которого названы основные законы механики

(Ньютон)

2. В чем заключается основная задача механики?

(Определение положения тела в любой момент времени)

3. В каких случаях употребляют понятие материальная точка?

(Если размерами тела можно пренебречь, если расстояние на котором рассматривается движение во много

раз больше размеров самого тела)

4. Какие системы отсчета называются инерциальными?

(Те, которые покоятся или движутся др. относительно др. равномерно)

5. Сформулируйте I закон Ньютона.

(Существуют ткие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют

свою скорость неизменной, если на них не действуют др. тела или действия др. тел скомпенсированы)

6. Сформулируйте II закон Ньютона.

(Сила, действующая на тело равна произведению массы на ускорение, которое эта сила придала телу)

7. Сформулируйте III закон Ньютона.

(Тела взаимодействуют силами, равными по модулю, но противоположными по направлению)

8. Изменение положения тела в пространстве относительно некоторой системы отсчета с течением времени

(движение)

9. Какие виды движения вы знаете?

(равномерное прямолинейное, равноускоренное, по окружности)

10. Физическая величина, характеризирующая быстроту изменения скорости (ускорение)

11. Как называется явление сохранения скорости тела постоянной? (Инерция)

12. Что является мерой инертности тела? (Масса)

13. Заяц, спасаясь от преследований собаки, делает резкие прыжки в сторону. Почему собаке трудно поймать

зайца, хотя она бегает быстрее? (Собака имеет большую массу и движется по инерции)

Физика как наука берет свое начало от известного ученого древности Галилео Галилея, это его глубокие размышления над различными видами движения привели его к принципу относительности.

(Пример про корабль, человека, книгу)

Продолжателем работ Галилея стал Исаак Ньютон, который родился в 1642 году, в год смерти Галилея.

О его вкладе в науку нам расскажет _________________.

Законы Ньютона нельзя рассматривать вне пространства и времени. В классической механике считается, что время течет одинаково во всех системах отсчета, что пространственные масштабы, масса тел тоже везде одинакова.

С.Я. Маршак писал «Был мир глубокой тьмой окутан

Да будет свет и вот явился Ньютон»

Но у стихотворения Маршака есть оригинальное продолжение:

«Не долго ждал реванш сатана

Пришел Эйнштейн – все стало как всегда»

Т.е. все, что в механике Ньютона было очевидным – стало неясным.

Некоторые сведения об Эйнштейне нам расскажет _________________.

Среди коллег Эйнштейн был признан самым значительным физиком-теоретиком. Но СТО Эйнштейна возникла не на пустом месте, я явилась закономерным следствием развития физической науки того времени.

Еще в 1881 году у американских ученых Майкельсона и Морали во время проведения опытов возникли сомнения в том, что масса тела всегда постоянна, да и определение скорости противоречило классическому правилу сложения скоростей. Эти противоречия зашатали классические представления , заложенные Ньютоном. Но нельзя было сделать вывод что классическая механика не верна, по-этому была создана новая механика – релятивистская, которая установила границы применения классической. В основу релятивистской механики были положены постулаты СТО Эйнштейна – новое учение, пришедшее на смену старым (классическим) представлениям.

(Для справки постулат - это как аксиома в геометрии – очевидное утверждение не требующее доказательства.)

1 постулат: принцип относительности – все законы природы имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета.

2 постулат: свет распространяется в вакууме с определенной скоростью, не зависящей от скорости источника и от скорости приемника светового сигнала (с=300 000 км/с).

Как следствия из аксиом в геометрии, так и из постулатов в физике тоже есть следствия:

1. Относительность одновременности событий

Внимание ВИДЕОРОЛИК «Относительность одновременности событий» - 1 мин 45 сек

ВЫВОД: События одновременные в одной системе отсчета не одновременны в других системах отсчета, движущихся относительно первой.

2. Эффект замедления времени.

Энштейн попытался рассуждать дальше и предположил, что не существует универсального времени, котрое было бы применимо повсюду. Математическим путем получил формулу для вычисления продолжительности события при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, движущейся относительно первой с определенной скоростью:

где - интервал времени в движущейся системе отсчета;

- интервал временив покоящейся системе отсчета;

V - скорость тела;

с - скорость света.

Для того, чтобы лучше понять эти утверждения давайте посмотрим видеоролик:

ВИДЕОРОЛИК «Замедление времени» - 1 мин 20 сек

ВЫВОД: Чем больше скорость тела, тем медленнее для него течет время.

На этом феномене основан удивительный мысленный эксперимент, который называется «Парадокс близнецов»…

3. Эффект сокращения длины в направлении движения.

где L – длина тела в движущейся СО;

L₀ - длина тела в покоящейся СО.

ВЫВОД: Чем больше скорость тела, тем меньше его длина в направлении движения.

4. Увеличение массы.

где m – масса тела в движущейся СО;

m₀ – масса тела в покоящейся СО.

ВЫВОД: При увеличении скорости тела, его масса возрастает.

ОБЩИЙ ВЫВОД: Если бы ракета летела со скоростью света, то ее размеры превратились бы в точку с бесконечно большой массой, а время бы на ней остановилось.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ: - 36,37; придумать историю или случай касающийся СТО, а для желающих получить более высокую оценку, проверить формулы 3,4)

Вот такие интересные факты мы с вами сегодня узнали и чтобы проверить на сколько хорошо вы усвоили новый материал предлагаю сыграть в игру «Верю – не верю», я буду читать некоторые утверждения, а Вы ответите, согласны ли Вы с ними:

Игра «Верю – не верю»:

1. В основе теории относительности Эйнштейна лежит 3 постулата. –

2. Все процессы природы протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета. +

3. Размеры тел в движущейся системе отсчета остаются такими же, как в неподвижной. –

4. Молодо выглядящая женщина-астронавт, вернувшаяся из продолжительного космического полета, бросается к седовласому старцу и в разговоре называет его своим сыном. Возможно ли это? +

Давайте проверим формулу расчета промежутка времени для движущихся инерциальных СО, действительно ли время идет медленнее при скоростях, близких к скорости света?

Для этого решим задачу:

Вычислите, какова будет продолжительность урока на космическом корабле, летящем со скоростью 0,8с, если урок на Земле длится 40 мин?

(Ответ: 24 мин)

На сегодняшнем уроке мы: а) расширили представления о пространстве и времени;

б) познакомились с постулатами СТО и некоторыми следствиями из них;

в) раскрыли смысл понятия «относительность одновременности событий».

Выставление оценок.

Теперь прошу ответить на вопросы тестов:

(тесты на проверку передают учителю)

Спасибо за внимание, урок окончен.

Если останется время:

1. За последние 100 лет с момента опубликования СТО Эйнштейна не было найдено ни одного экспериментального факта, противоречащего его постулатам и следствиям из них. По сути это программа развития науки на ближайшие столетия.

ПРИМЕР подтверждения СТО: Синхронизированные атомные часы на земле и на реактивном самолете, который несколько раз облетает землю, покажут отставание времени на часах, что на самолете.

2. Теперь давайте подумаем и сделаем выводы.

Окончите мои предложения:

На занятии я:

-узнал –

-понял –

-научился –

-не умел, а теперь умею –

-на следующем занятии я хочу –

3. Синквейн.

ДНЗ «МБЦ ПТО»

Фізика

План-конспект уроку

Тема уроку:

«ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ СТВ»

Викладач: Шабанова И.В.