Постулаты СТО. Следствия, вытекающие из постулатов СТО план-конспект урока по физике (11 класс) по теме

Начните заниматься летом, чтобы разобраться в сложных темах без стресса от школьной нагрузки, оценок и домашних заданий — одного занятия в неделю будет достаточно.

вводный урок бесплатно, онлайн, 30 минут

Предварительный просмотр:

Тема урока: «Постулаты СТО. Следствия, вытекающие из постулатов СТО»

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Дидактическая цель: раскрыть содержание постулатов специальной теории относительности.

Образовательные: повторить принцип относительности Галилея и основные положения электродинамики Максвелла; напомнить учащимся содержание таких понятий, как «тело отсчета», «система отсчета», инерциальная система отсчета; раскрыть содержание постулатов специальной теории относительности и научить учащихся применять их для доказательства следствий специальной теории относительности.

Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса учащихся; в целях интернационального воспитания обратить внимание учащихся, что физика развивается благодаря работам ученых различных стран и исторических времен; продолжить формирование стремления к глубокому усвоения теоретических знаний через решение задач.

Развивающие: активизация мыслительной деятельности (способом сопоставления), формирование алгоритмического мышления; развитие умений сравнивать, выявлять закономерности, обобщать, логически мыслить; научить применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения графических и аналитических задач.

I. Актуализация знаний (мотивационный этап)

Что понимается в физике под «системой отсчета»?

Какие системы отсчета называются инерциальными и неинерциальными? Приведите примеры.

В чем заключается принцип относительности Галилея?

Основные положения электродинамики Максвелла?

Теория относительности представляет собой систему современных взглядов на пространство и время.

Согласно классическим представлениям о пространстве и времени, считавшимся на протяжении веков незыблемыми, движение не оказывает никакого влияния на течение времени ( время абсолютно ), а линейные размеры любого тела не зависят от того, покоиться ли тело или движется ( длина абсолютна ).

Развитие электродинамики привело к пересмотру представлений о пространстве и времени.

Сегодняшний урок посвящен специальной теории относительности Эйнштейна. СТО – новое учение о пространстве и времени, пришедшее на смену старым (классическим) представлениям.

II. Изучение нового материала

1. Возникновение СТО.

СТО появилась в результате возникшего противоречия между электродинамикой Максвелла и механикой Ньютона.

Возможные выходы из противоречия:

несостоятельность принципа относительности (Х.Лоренц)

несостоятельность формул Максвелла (Г.Герц)

отказ от классических представлений о пространстве и времени, сохранение принципа относительности и законов Максвелла (А.Эйнштейн)

Единственно правильной оказалась именно третья возможность. Последовательно развивая ее, А.Эйнштейн пришел к новым представлениям о пространстве и времени. Первые два пути, как оказалось, опровергаются экспериментом.

2. Постулаты СТО.

В основе теории относительности лежат два постулата.

1) Понятие постулата в науке

Постулат в физической теории играет ту же роль, что и аксиома в математике. Это – основное положение, которое не может быть логически доказано. В физике постулат есть результат обобщения опытных фактов.

2) Постулаты СТО.

Принцип относительности Эйнштейна : все процессы природы протекают одинаково во всех ИСО.

Второй постулат : скорость света в вакууме одинакова для всех ИСО. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала

Относительность одновременности : два пространственно разделенных события, одновременные в одной ИСО, могут не быть одновременными в другой ИСО.

При переходе из одной СО в другую может изменяться последовательность событий во времени, однако последовательность причинно-следственных событий остается неизменной во всех СО: следствие наступает после причины.

Причиной относительности одновременности является конечность скорости распространения сигналов.

Относительность расстояний (релятивистское сокращение размеров тела в движущейся СО) : длина движущегося предмета сокращается в направлении движения.

l – длина покоящегося тела;

l 0 – длина движущегося тела;

υ – скорость его движения в данной СО.

(релятивистскими называются эффекты, наблюдаемые при скоростях движения, близких к скорости света)

Размеры предметов в направлении, перпендикулярном направлению движения, не изменяются

Относительность промежутков времени : ход движущихся часов замедляется.

τ 0 – интервал времени, измеренный часами, покоящимися в той СО, где оба события произошли в одной и той же точке пространства.

τ – интервал времени между двумя событиями, измеренный движущимися часами.

Время на космическом корабле, летящем с постоянной скоростью, протекает медленнее, чем на «неподвижной» Земле. Но космонавт никаким образом не может подметить эти изменения, т.к. и все процессы внутри корабля, которые могли бы служить мерилом измерения времени, замедлены в том же отношении. Биение сердца и все функции организма тоже происходят в замедленном темпе. Если скорость движения приближается к скорости света, то путешествие до туманности Андромеды займет 29 лет. Но по земным часам пройдет почти 3 миллиона лет.

Если υ 2 /с 2 . Тогда l ≈ l 0 и τ ≈ τ 0 , т.е. релятивистское сокращение размеров тел и замедление времени в движущейся СО можно не учитывать.

Релятивистский закон сложения скоростей (направленных вдоль одной линии)

υ 1 – скорость тела в 1-й СО;

υ 2 – скорость тела во 2-й СО;

υ – скорость движения 1-й СО относительно 2-й.

При υ 1 , υ с получаем υ 2 = υ 1 + υ , т.е. закон сложения скоростей в классической механике.

Если υ = с (т.е. речь идет о распространении света), получаем υ 2 = с , что соответствует второму постулату СТО.

III. Закрепление и применение полученных знаний для решения задач.

В чем отличие в формулировке принципа относительности Галилея и принципа относительность Эйнштейна?

Распространяется ли принцип относительности Эйнштейна на те физические процессы, которые будут открыты в будущем?

Можно ли утверждать, что второй постулат теории относительности распространяется и на утверждение о постоянстве направления распространения света?

Посчитать, на сколько мы сможем замедлить время, если будем мчаться на космическом корабле со скоростью 0,8с? Сколько будет длиться урок, если на Земле он 40 минут?