Основні положення СТВ

План-конспект уроку фізики  _________

в 10 класі

Тема.  Основні положення СТВ

 Мета уроку:

навчальна - розкрити фізичний зміст постулатів теорії відносності

 розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною  літературою та виявлення творчих здібностей при розв’язуваннні вправ;

виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і  розв’язуванні завдань та навчити дітей «бачити» фізику навколо себе

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Хід уроку

І. Організаційна частина

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1.   Досвіди Майкельсона — Морлі

Свого часу, користуючись аналогією між явищами поширен­ня звуку і світла, фізики ввели спеціальне середовище, так званий «ефір», у якому світло поширюється в такий же спосіб, як і звук у повітрі. Подібно до того, як у системі відліку, що рухається від­носно повітря, виникає вітер, під час руху відносно ефіру мав бути виявлений «ефірний вітер».

Дослід з виявлення «ефірного вітру» був поставлений у 1881 р. американськими вченими А. Майкельсоном та Е. Морлі. У цьо­му досліді порівнювалася швидкість світла в напрямі руху Землі й у перпендикулярному напрямі. Експерименти ставили в різний час доби й різні пори року, але завжди отримували негативний ре­зультат: рух Землі відносно ефіру виявити не вдалося. Цей дослід мав вирішальне значення для теорії відносності й образно був оха­рактеризований як «найзначніший з усіх негативних результатів в історії науки».

Отже, ідея про існування переважної системи відліку не витри­мала дослідної перевірки. У свою чергу, це означало, що ніякого особливого середовища — «світлового ефіру», з яким можна було б пов’язати таку переважну систему відліку, не існує.

2.    Постулати теорії відносності

На межі XIX і XX ст. фізика пережила глибоку кризу. Щоб правильно пояснити досліди А. Майкельсона й Е. Морлі, необхідно було відмовитися від звичних уявлень про простір і час.

Цю проблему вдалося розв’язати скромному службовцю па­тентного бюро у швейцарському місті Берні Альберту Ейнштейну.

У своїй роботі Ейнштейн без жодного нового експерименту, проаналізувавши й узагальнивши вже відомі дослідні факти, упер­ше виклав ідеї теорії відносності, які докорінно змінили звичні уявлення про властивості простору й часу.

Альберт Ейнштейн стверджував, що законом природи є цілко­вита рівноправність усіх інерціальних систем відліку щодо не лише механічних, але й електромагнітних процесів. Немає жодної від­мінності між станом спокою й станом рівномірного прямолінійного руху. Принцип відносності — головний постулат теорії Ейнштей­на. Перший постулат Ейнштейна:

^ усі явища природи в усіх інерціальних системах відліку проті­кають однаково й описуються однаковими рівняннями.

Це означає, що в усіх інерціальних системах відліку фізичні за­кони мають однакову форму. Отже, принцип відносності класичної механіки узагальнюється щодо всіх процесів у природі, у тому чис­лі й електромагнітних.

Другий постулат стверджує сталість швидкості світла в усіх ІСВ:

^ швидкість світла у вакуумі — величина абсолютна, інварі­антна щодо всіх ІСВ і не залежить від швидкості руху джере­ла або приймача сигналу.

Таким чином, швидкість світла займає особливе положення. Навіть більше, як випливає з постулатів теорії відносності, швид­кість світла у вакуумі є максимально можливою швидкістю пере­дачі взаємодій у природі.

Постулати СТВ явно суперечать класичним уявленням. Роз­глянемо такий уявний експеримент: у момент часу t = 0, коли ко­ординатні осі двох інерціальних систем К й К' збігаються, у за­гальній точці початку координат відбувся короткочасний спалах світла. За час t системи змістяться відносно одна одної на відстань vt, а сферичний хвильовий фронт у кожній системі матиме радіус ct (див.рис.), тому що системи рівноправні й у кожній з них швид­кість світла дорівнює с.

З точки зору спостерігача в системі К, центр сфери знаходить­ся в точці 0, а на думку спостерігача в системі К’, він перебувати­ме в точці 0'. Отже, центр сферичного фронту одночасно перебуває у двох різних точках!

Причина такого непорозуміння криється не в протиріччі між двома принципами СТВ, а в припущенні, що положення фронтів сферичних хвиль для обох систем належить до того самого мо­менту часу. Це припущення викладене у формулах перетворення Галілея, згідно з якими час в обох системах спливає однаково: і = Ґ.

Отже, постулати Ейнштейна суперечать не між собою, а форму­лам перетворення Галілея. Тому на зміну Галілеєвим перетворен­ням СТВ запропонувала інші формули перетворення під час пере­ходу з однієї інерціальної системи в іншу — так звані перетворення Лоренца, які за швидкостей руху, близьких до швидкості світла, дозволяють пояснити всі релятивістські ефекти, а за малих швид­костей (V с) переходять у формули перетворення Галілея. Таким чином, нова теорія (СТВ) не відкинула стару класичну механіку Ньютона, а лише уточнила межі її застосовності.

Запитання до учнів під час викладу нового матеріалу

1. Що розуміють у фізиці під системою відліку?
2. Які системи відліку називаються інерціальними? Наведіть приклади.
3. Чи можна стверджувати, що фізичні процеси та явища, які коли-небудь будуть відкриті, також підпорядковуватимуться принципу відносності?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Контрольні запитання

1. Які причини привели до створення теорії відносності?
2. У чому полягає відмінність першого постулату теорії відноснос­ті від принципу відносності в механіці?
3.    Чому результати експерименту Майкельсона — Морлі супе­речили класичному закону додавання швидкостей?

Що ми дізналися на уроці

Постулати спеціальної теорії відносності:

1.    усі явища природи в усіх інерціальних системах відліку про­тікають однаково й описуються однаковими рівняннями;
2.    швидкість світла у вакуумі — величина абсолютна, інваріант­на щодо всіх ІСВ і не залежить від швидкості руху джерела або приймача сигналу.

V. Домашнє завдання

П.:§47., вик впр №44(2-5)