РЕЛЯТИВИСТСКАЯ МЕХАНИКА

Урок № 1

Тема. Основные положения специальной теории относительности. Скорость света в вакууме как предельно допустимая скорость передачи взаимодействия

Цель: повторить принцип относительности Галилея и ознакомить учеников с предпосылками возникновения теории относительности, сформулировать у учащихся понимание основных положений; развивать логическое мышление, умение анализировать, делать выводы; формировать у учащихся осознание узнаваемости окружающего мира и безграничности познания.

Тип урока: изучение нового материала.

ХОД УРОКА

I. Актуализация опорных знаний. Организационный этап

Учитель. Вслушайтесь внимательно в то, что я буду у вас спрашивать: «С какой стороны находятся окна в кабинете?»

Ученики. С левого.

Учитель. Неправильно, с правого. Вот моя правая рука, и вот справа размещены окна.

Ученики. Так, для вас дело, а для нас слева.

Учитель. Так на самом деле окна слева или справа?

Ученики. В отношении вас дело, в отношении нас - слева.

Учитель. Да, вы подобрали правильное слово - «относительно». Следовательно, понятия справа, слева - относительное.

Учитель. Дайте ответ на второй вопрос: «Вы сейчас неподвижные или двигаетесь?»

У ч н и. Относительно Земли неподвижны, а вместе с Землей движемся. Учитель. То есть движение и покой - понятия относительные.

Учитель. Кто первым сформулировал принцип относительности?

Ученики. Галилео Галилей.

Учитель. А в чем суть принципа относительности Галилея?

Ученики. В неподвижных инерциальных системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно, все механические явления происходят одинаково.

Учитель. Сформулируйте и запишите закон сложения скоростей.

Ученики. Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна геометрической сумме скорости тела относительно подвижной системы отсчета 1 и собственно подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета 2:

Учитель. Решим простую задачу. С самолета, летящего со скоростью 400 м/c, в том же направлении вылетает ракета со скоростью 1000 м/c относительно самолета. Какова скорость ракеты относительно наблюдателя, находящегося на земле?

Ученики. Исходя из закона сложения скоростей, получаем:

II. Мотивация учебной деятельности

Учитель. Вы знаете, что Земля движется вокруг Солнца со скоростью 30 км/c. Скорость света равна 300 000 км/c . Какой станет скорость света относительно земного наблюдателя, если солнечный луч пустить вдоль движения Земли?

Ученики. 300 000 + 30 = 300 030 км/c. С точки зрения классической механики ваши рассуждения правильные. Но обратимся к эксперименту.

III. Восприятие учебного материала

В 1881 г. американский физик А. Майкельсон провел такой опыт (рис. 1). Луч света от источника распространялся вдоль движения Земли и проходил сквозь полупрозрачную пластину, размещенную под углом 45° к направлению распространения света. Пластина П разделяла один луч на два. Луч 1 распространялся по направлению движения Земли, отражался от зеркала Д, возвращался на пластину S, а от нее отражался и попадал в глаз наблюдателя С. Луч 2 распространялся перпендикулярно к направлению движения Земли, отражался от зеркала Д2 и от него возвращался к наблюдателю.

Рис. 1

Если бы к скорости света добавлялась скорость движения Земли, то луч двигался бы быстрее, чем луч 2. Но опыты показали, что скорость света не менялась. Итак, чтобы правильно объяснить опыт А. Майкельсона, необходимо было отказаться от привычных представлений о пространстве и времени. Вот мы и пришли к выводам, которых в 1905 г. пришел А. Эйнштейн. В основу теории он положил два постулата:

1. Принцип относительности. Все процессы природы происходят одинаково во всех ИСВ.

2. Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме одинакова для всех ИСВ и не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника.

Скорость света в вакууме является предельной скоростью передачи сигналов.

Эйнштейн показал, что из постулатов теории относительности следует релятивистский закон сложения скоростей:

где 1 - скорость тела относительно подвижной СВ, 2 - скорость подвижной СВ, ' - скорость относительно неподвижной СВ.

VI. Осмысление объективных связей

1. К Земле летит заря со скоростью 1, с зари вылетает квант света со скоростью c. Какой будет скорость кванта относительно неподвижного наблюдателя в Галактике? По формуле

получим:

Следовательно, ' = c. Это означает, что скорость света - предельная скорость передачи сигнала. Этот вывод допишем к II постулата Эйнштейна.

V. Обобщение знаний

Коллективно составляем конспект урока

1. Левое - правое, движение - покой.

2. Принцип относительности Галилея; формула сложения скоростей:

3. Опыт Майкельсона (1881 г.).

4. Постулаты теории относительности.

- Принцип относительности. Все процессы природы происходят одинаково во всех ИСВ.

- Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме одинакова для всех ИСВ и не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника. Скорость света в вакууме является предельной скоростью передачи сигналов.

VI. Итоги урока

Упражнение «Незаконченное предложение». Ученики продолжают предложение

На этом уроке я:

- узнал...

- понял...

- Следующего урока я хочу...

VII. Домашнее задание

1. Проработать соответствующий раздел учебника.

2. Подготовить сообщение «Роль Галилея в становлении классической механики».

3. Подготовить сообщение «Ньютон - основоположник классической механики».

______________________________________________________________________________

*Пишінська Валентина Анатольевна - учитель физики Новогребельської общеобразовательной школы І-ІІІ ступеней Жашковской районного совета, высшая категория