61528

Альберт Эйнштейн. Специальная теория относительности

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Статья отнесена к разделу: Преподавание физики Во всем виноват Эйнштейн. Подготовка к уроку: Подготовка наглядности к уроку: портреты Эйнштейна в позднем возрасте карикатуры на него портрет Амадея Моцарта...

Русский

2014-05-29

190.67 KB

2 чел.

Конспект открытого урока по физике в 11-м классе "Альберт Эйнштейн. Специальная теория относительности"

Уракова Гюзель ИршатовнаУчитель

Статья отнесена к разделу: Преподавание физики

Во всем виноват Эйнштейн.
В 1905 году он заявил,
что абсолютного покоя нет,
и с тех пор его действительно нет.

Стивен Ликок

Цели урока:

  1.  Познавательная: Изучение основ специальной теории относительности – постулатов СТО, следствий теории относительности, примеров их проявлений. Знакомство с жизнью А.Эйнштейна.
  2.  Воспитательная: Воспитание уважения к творчеству ученого, формирование физического мировоззрения, ответственности, которая стоит перед учеными за последствия применения научных открытий перед человечеством.
  3.  Развивающая: Развитие познавательного интереса к предмету, умения логически мыслить, анализировать, сопоставлять научные факты.

Подготовка к уроку: Подготовка наглядности к уроку: портреты Эйнштейна в позднем возрасте, карикатуры на него, портрет Амадея Моцарта, фото скрипки, компаса, атомного взрыва, участков звездного неба, высказывания великого ученого.

ТСО: графопроектор, лазерная указка, музыкальный центр, СД «Музыка А. Моцарта».

Ход урока

1. Организационный момент

2. Беседа (звучит музыка А. Моцарта).

Учитель: Накануне мы с вами познакомились с некоторыми моментами из жизни Эйнштейна. Вы получили задание – ответить на несколько вопросов. 

Первый вопрос: Назовите черты характера этого выдающегося человека, ученого, мыслителя.

Ученики: упорство, воля, дух независимости и свобода, удивление самому себе, умение жить в согласии со своей совестью, неряха, любовь к музыке, детская непосредственность, страстное любопытство, способность ясно и точно формулировать свои мысли, исключительная способность сосредоточиться, научный инстинкт, философские воззрения, пацифизм.

Второе задание: Веселые истории, анекдоты.

Ученики:

1. В начале научной карьеры Эйнштейна один журналист спросил госпожу Эйнштейн, что она думает о своем муже.

- Мой муж – гений! - сказала госпожа Эйнштейн. – Он умеет делать абсолютно все, кроме денег.

2. – Как Вы записываете свои великие мысли? – спросил журналист. – У Вас есть для этого блокнот или записная книжка?

Эйнштейн посмотрел на журналиста, стоявшего перед ним с записной книжкой, и сказал: - Милый мой… Настоящие мысли приходят в голову так редко, что их нетрудно и запомнить.

3. Альберт Эйнштейн любил фильмы Чарли Чаплина и относился с большой симпатией к созданному им герою. Однажды он написал в письме к Чаплину: «Ваш фильм «Золотая лихорадка» понятен всем в мире, и вы непременно станете великим человеком. Эйнштейн.» На это Чаплин ответил: «Я восхищаюсь Вами еще больше. Вашу теорию относительности никто в мире не понимает, а Вы все-таки стали великим человеком. Чаплин».

Рисунок 1

Рисунок 2

Третий вопрос: Назовите факторы, которые повлияли на формирование мировоззрения.

Ученики: Любовь к скрипичной музыке А. Моцарта, И. Баха. Научился играть на скрипке в 6 лет. Музыка помогала вызывать симпатию и сходиться с людьми. Однажды в Праге он должен был читать доклад, но вместо этого, к необычайной радости толпы, стал… играть на скрипке.

Рисунок 3

В возрасте четырех лет Эйнштейн пережил настоящее чудо, когда отец показал ему компас. То, как вела себя его стрелка, не вписывалось в событийный ряд, в неосознанной форме являвший себя в мир понятий.

Рисунок 4

Знакомство с евклидовой геометрией на плоскости. Книга по евклидовой геометрии запомнилась ясностью суждений и непреложностью доказательств. Эйнштейн писал: « Когда я спрашиваю себя, чем можно объяснить то, что именно я открыл теорию относительности, я думаю, что все дело заключается в следующем: нормальный взрослый человек не ставит перед собой проблему осмысления пространства и времени. Все, что, по его мнению, можно думать об этом, он пережил уже в детстве. Я же, напротив, развивался настолько медленно, что начал думать о пространстве и времени и изумляться этому, когда уже был взрослым человеком. Естественно, что я смог поникнуть в эту проблему глубже, чем обычный ребенок.

Влияние семьи и друзей (его дядя и отец были владельцами электротехнической фабрики), тяга к самообразованию, талант вкупе с изобретательностью и упорством. Наконец, просто удача.

Но были и научные предпосылки возникновения теории относительности. Как известно, Альберт Эйнштейн работал в патентном бюро в Берне, туда регулярно поступали заявки на изобретения в области пространства-времени. Фактически, Эйнштейн буквально держал руку на пульсе своего времени. В конце 19 века был поставлен знаменитый опыт по обнаружению «эфирного ветра» американскими учеными Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли в Кливленде, в подвале лаборатории. Прибор был установлен на квадратной каменной плите, плавающей в жидкой ртути. Система зеркал направляла пучок света в определенном направлении, зеркала отражали пучок туда и обратно по одному направлению так, что он делал 8 пробегов. В то же время другая система зеркал посылала пучок в перпендикулярном направлении. Прибор медленно поворачивали и рассматривали интерференционные картины , образованные двумя потоками световых пучков. Ученые были поражены и разочарованы, интерференционные полосы не изменяли своего вида, следовательно, скорости световых пучков не зависели от эфирного ветра, а самого эфирного ветра (а значит и эфира) нет!

3. Новый материал:

Таким образом, не существует преимущественной инерциальной системы, связанной с эфиром.

В основе специальной теории относительности (СТО) лежат два постулата: (работа с учебником «Физика 11», стр. 214).

1 постулат: Все процессы природы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

2 постулат: Скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала.

Принятие этих двух постулатов привело к необходимости коренных изменений в представлениях о свойствах пространства и времени, принятых в классической физике. Явления, описываемые СТО, но не объяснимые с позиций классической физики, называются релятивистскими.

Статья Альберта Эйнштейна «Электродинамика движущихся тел», посвященная СТО, была написана в 1905 году, а в 1907 году автор направил ее на конкурс в университет г. Берна. Один из профессоров вернул Эйнштейну его работу со словами: «Того, что вы написали здесь, я совершенно не понимаю». В 1916 году была написана работа по общей теории относительности. Вряд ли существовал другой такой ученый, личность которого была бы столь популярна среди населения всей планеты и вызывала всеобщий интерес.

Посмотрим, что было необычного в СТО.

С точки зрения СТО продолжительность событий, количество движения, масса тела не являются величинами абсолютными, они зависят от скорости движения наблюдаемых объектов относительно наблюдателя. Эффекты СТО начинают проявляться при скоростях, близких к скорости света, а при обычных, земных скоростях движение и характеристики объектов можно рассчитывать по хорошо знакомым классическим формулам. Теория относительности – дальнейшее обобщение, развитие физических законов движения. Она не отменяет, а включает в себя как необходимую составную часть всю классическую механику.
Рассмотрим некоторые следствия, вытекающие из СТО:

1. Релятивистский закон сложения скоростей.

Если тело движется со скоростью v в одной системе отсчета, то в другой системе отсчета, относительно которой первая система отсчета движется со скоростью v1 в том же направлении, скорость тела определяется выражением:

Из этой формулы:

  1.  при v<<c и v1 <<c можно получить классический закон сложения скоростей v2 = v1 +v
  2.  при v =c и v1 =c v2 =c

2. Энергия и масса. Формула Эйнштейна.

Экспериментальные исследования показали, что полная энергия частицы, движущейся со скоростью v, близкой к скорости света c, выражается следующей формулой

тогда при скорости v=0 собственная энергия тела массой m0 равна

E0 =m0c2

Следовательно, E = E0 +∆E , где Δ E-кинетическая энергия частицы.

При движении частицы с релятивистской скоростью возникает избыток массы

Из формулы видно, что заметные изменения массы возможны при очень больших изменениях энергии. При определенных условиях энергия переходит в массу, а при некоторых других условиях масса переходит в энергию. Когда ракетные двигатели ускоряют космический корабль, часть энергии идет на увеличение релятивистской массы. Взрыв атомной бомбы – это мгновенное превращение в энергию части массы материала бомбы. Энергия Солнца имеет подобное происхождение. Солнце демонстрирует это нам наглядно: каждую секунду в этом пылающем огненном шаре миллионы тонн материи преобразуются в гигантское количество энергии излучения. И только благодаря этому возможна жизнь на Земле, наша жизнь. Из формулы Эйнштейна следует, что чрезвычайно малое количество массы способно освободить чудовищное количество энергии.

Ученик: Шестого и девятого августа 1945 года , спустя 3 месяца после окончания войны с Германией, две атомные бомбы были сброшены на Хиросиму и Нагасаки, погибло 260 тысяч человек, еще 163 тысячи были ранены и получили высокую степень облучения. Эйнштейн услышал страшное известие по радио. Он и многие ученые испытали стресс. Общее чувство, пожалуй лучше всех выразил Роберт Оппенгеймер: «Теперь физики знают, что такое грех, и от этого знания им уже никогда не избавиться» После хиросимской трагедии формула E=mc2 стала для Альберта Эйнштейна проклятием..1 июля 1946 года его портрет появился на обложке журнала «Time» с резким заголовком: «Разрушитель мира – Эйнштейн». Катастрофа в Хиросиме и Нагасаки заставила Эйнштейна искать путь к обеспечению мира. Он понял, что посредством науки совершенствуются методы уничтожения. В одном из посланий, обращенном к интеллигенции разных стран, великий ученый говорит: «Нашей главной и благородной задачей должно стать именно предотвращение использования созданного нами же ужасного оружия».

Рисунок 5

Рисунок 6

4. Заключение.

Мишель Монтень однажды написал о древнегреческом философе Сократе: « У Сократа как-то спросили, откуда он родом. Он не ответил: «Из Афин.», а сказал: «Из Вселенной». Этот мудрец, мысль которого отличалась такой широтой и богатством, смотрел на Вселенную как на свой родной город, отдавая свои знания, себя самого, свою любовь всему человечеству, - не так, как мы, замечающие лишь то, что у нас под ногами…». Эти прекрасные слова можно полностью отнести и к Альберту Эйнштейну.

Ученики:

В честь Эйнштейна названы:

  1.  Эйнштейний- единица энергии, применяемая в фотохимии.
  2.  элемент №99 Эйнштейний в Периодической системе элементов Менделеева.
  3.  астероид 2001 Эйнштейн.
  4.  кратер на Луне.
  5.  квазар Крест Эйнштейна.
  6.  премия мира имени А. Эйнштейна.
  7.  многочисленные улицы городов мира.

Посмертно Альберт Эйнштейн был награжден целым рядом отличий: В 1999 году журнал «Тайм» назвал Эйнштейна личностью века. 2005 год был объявлен ЮНЕСКО годом физики по случаю столетия «года чудес» , увенчавшегося открытием специальной теории относительности Эйнштейна.

Значение теории относительности
простирается на все процессы природы, 
начиная от радиоактивности, волн и корпускул,
излучаемых атомом, и вплоть до движения 
небесных тел, удаленных от нас на миллионы лет.
Макс Планк

5. Домашнее задание: § 76, 78-80.

Литература:

  1.  Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев «Физика 11» , Москва, «Специальная литература» «Просвещение», 2003.
  2.  Н.Э.Альберт Эйнштейн», Физика №17, 2005, приложение к газете «Первое сентября».
  3.  В.А.Колегова «Альберт Эйнштейн», Физика , 2005, приложение к газете «Первое сентября».
  4.  «Физики шутят», 1993, Мир, Москва
  5.  Юрген Неффе «Ночь Эйнштейна», «Гео», №9, 2005.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55562. Обучение 40 KB
  Цель: установить с учащимися психологический контакт на уроке, завладеть вниманием учащихся, ввести их в языковую атмосферу. Подготовить учащихся к восприятию речи на слух и говорение.
55563. РАЗНООБРАЗИЕ ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 111 KB
  Сообщение учеников об истории происхождения и сельскохозяйственном значении растений-переселенцев томатов и свеклы сопровождается демонстрацией слайдов этих растений Помидор или томат культурный.
55564. Ще не вмерла України і слава, і воля… 1.01 MB
  Що ж таке гімн Гімн величава пісня виконання якої пов’язане із урочистостями офіційними державними заходами військовими парадами політичними подіями. Верховна Рада України ухвалила постанову Про відзначення 150річчя з дня написання державного гімну України.
55565. Дії над раціональними числами 111.5 KB
  Мета: систематизація знань учнів з теми Дії з раціональними числамиâ€; перевірити вміння учнів виконувати різні дії з раціональними числами та розв’язувати задачі що мають практичний зміст...
55566. Множення раціональних чисел 85.5 KB
  Тип уроку: комбінований Форми роботи на уроці: Колективна Групова Індивідуальна Епіграф до уроку: Освіта є те що залишається коли все вивчене вже забуте. Лауе Хід уроку I Організація класу 1 хв II Мотивація навчальної діяльності...
55567. Анализ урока по русскому языку 58 KB
  Косноязычием страдают многие и не только дети: не владеют речью не говорят свободно спотыкаются. Чтобы дети не боялись говорить по теме урока я составляю обязательные для всех краткие схемы ответов одну из схем я применила на открытом уроке при раскрытии одного из пунктов плана.