4. Методична розробка уроку зі спеціальної теорії відносності

Тема: Принцип відносності. Постулати спеціальної теорії відносності Альберта Ейнштейна.

Мета уроку: повторення принципу відносності Галілея, розкриття змісту постулатів теорії відносності.

Тип уроку: урок викладання нового матеріалу.

План викладення нового матеріалу

1. Принцип відносності Галілея.

2. Постулати спеціальної теорії відносності.

3. Відносність часу в різних системах відліку.

Викладення нового матеріалу

1. Принцип відносності Галілея.

На початку уроку потрібно навести приклади деяких понять: «вгору» та «вниз», «одночасність подій» та вказати на їх відносність. Краще всього скористатись комп’ютерною інтерактивною моделлю «Відносність руху». Пригадати, разом з учнями, принцип відносності Галілея: ніякими механічними дослідами всередині системи неможливо встановити, чи знаходиться інерціальна система у спокої, чи рухається рівномірно прямолінійно. З принципу відносності Галілея робиться висновок, що взаємодія між тілами відбувається миттєво. Цей принцип лежить в основі класичної механіки, з нього також випливає що час абсолютний — він протікає однаково у будь-якій системі відліку.

Далі варто вказати на класичний закон додавання швидкостей, навівши попередньо приклади:

U=U^΄+υ

де U – швидкість тіла відносно нерухомої системи відліку, U^΄ - швидкість тіла відносно інерціальної системи відліку, υ – швидкість руху системи.

2. Постулати спеціальної теорії відносності.

Коротко познайомити учнів з постаттю А. Ейнштейна, розповісти про його вклад у розвиток фізики. Особливу увагу треба звернути на те, що вчений відмовився від класичних уявлень про простір і час. На відміну від Галілея, Ейнштейн стверджував, що всі інерціальні системи відліку рівноправні відносно механічних та електромагнітних процесів. Навести два постулати, які лягли в основу спеціальної теорії відносності:

Перший постулат А.Ейнштейна: усі явища природи в усіх інерціальних системах відліку проходять однаковим чином і описуються однаковими рівняннями.

Другий постулат А.Ейнштейна: швидкість світла у вакуумі – величина абсолютна, інваріантна відносно всіх інерціальних систем відліку, не залежить від швидкості руху джерела чи приймача сигналу.

У спеціальній теорії відносності функціонує новий закон додавання швидкостей, з якого випливає неможливість перевищення швидкості світла. Нехай фізичний об'єкт рухається зі швидкістю U. Розглянемо його рух у системі відліку, яка рухається зі швидкістю V, відносно U.

У цій формулі, навіть якщо ми приймемо одну з швидкостей (або обидві) рівними швидкості світла, то сумарна швидкість W не виявиться більше С.

3. Відносність часу в різних системах відліку.

Якщо інтервал часу між двома подіями в нерухомій інерціальній системі відліку К – Т₀. Тоді інтервал часу Т в системі К´, що рухається зі швидкістю υ відносно К буде:

Отже, в рухомій системі К´ час протікає повільніше, ніж у нерухомій К. [9].

На закріплення нового матеріалу учням можна показати фільм «Що таке теорія відносності?».

Запитання до учнів в ході викладу нового матеріалу:

1. Що таке система відліку? Навести приклади.

2. Яка система відліку називається інерціальною? Навести приклади.

3. Назвіть постулати А.Ейнштейна.

4. У чому різниця між принципом відносності Галілея і принципом відносності А.Ейнштейна?