Тема: «Связь между массой и энергией».

Цель: показать взаимосвязь между массой и энергией, отрабатывать навыки решения задач.

Оборудование: презентация «Закон взаимосвязи массы и энергии».

Ход урока.

I.Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

1. 
   Почему преобразования Галилея и классический закон сложения скоростей не верен при движениях, соизмеримых со скоростями света?
   
2. 
   Сформулируйте релятивистский закон сложения скоростей.
   
3. 
   Укажите границы применимости классического закона сложения скоростей.
   
4. 
   Почему осуществление событий в нашем чувственном восприятии не означает их одновременности?
   
5. 
   Какие события называются одновременными?
   
6. 
   В чем состоит релятивистское сокращение размеров движущихся тел?
   
7. 
   В чем состоит релятивистское замедление времени?
   
8. 
   Решение задач из упр. № 11(1,3).
   

III. Изучение нового материала.

 Перейдем теперь к важнейшему следствию теории относительности, играющему одну из главных ролей в ядерной физике и физике элементарных частиц. Речь пойдет об универсальной связи между энергией и массой.

 Связь между энергией и массой неизбежно следует из закона сохранения энергии и того факта, что масса тела зависит от скорости его движения. Это видно из простого примера. При нагревании газа в сосуде ему сообщается определенная энергия. Скорость хаотического теплового движения молекул зависит от температуры и увеличивается с нагреванием газа. Увеличение скорости движения молекул согласно формуле (2.6) означает увеличение массы всех молекул. Следовательно, масса газа в сосуде увеличивается при увеличении его внутренней энергии. Между массой газа и его энергией существует связь.

Формула Эйнштейна. С помощью теории относительности Эйнштейн установил замечательную по своей простоте и общности формулу связи между энергией и массой:

Энергия тела или системы тел равна массе, умноженной на квадрат скорости света.

  Если изменяется энергия системы, то изменяется и ее масса:

 Так как коэффициент очень мал, то заметные изменения массы возможны лишь при очень больших изменениях энергии. При химических реакциях или при нагревании тел в обычных условиях изменения энергии настолько малы, что соответствующие изменения масс не удается обнаружить на опыте. Горячий чайник имеет большую массу, чем холодный; но даже с помощью самых чувствительных весов эта разность не может быть обнаружена. Лишь при превращениях атомных ядер и элементарных частиц изменения энергии оказываются настолько большими, что изменение массы уже заметно.

 При взрыве водородной бомбы выделяется около 10¹⁷ Дж. Эта энергия превышает выработку электроэнергии на всем земном шаре за несколько дней. Выделяющаяся энергия уносится вместе с излучением. Излучение наряду с энергией обладает массой, которая составляет 0,1% массы исходных материалов.

Энергия покоя. Тело обладает энергией и при скорости, равной нулю. Это энергия покоя Е₀:

Е₀ = m₀c² (2.11)

 Это замечательный результат. Любое тело уже только благодаря факту своего существования обладает энергией, которая пропорциональна массе покоя m₀.

При превращениях элементарных частиц, обладающих массой покоя, в частицы, у которых m₀=0, энергия покоя целиком превращается в кинетическую энергию вновь образовавшихся частиц. Этот факт является наиболее очевидным экспериментальным доказательством существования энергии покоя.

В физике известны лишь две «великие формулы», чрезвычайно простые и краткие по форме и всеобъемлющие по содержанию. Одна из них — формула Эйнштейна Е=mс². С другой формулой, формулой Планка, вы познакомитесь в квантовой физике.

IV. Закрепление изученного материала.

А). Беседа по вопросам.

1. В чем состоит закон взаимосвязи массы и энергии?

2. Что такое энергия покоя?

3. Почему при нагревании тела не удается обнаружить на опыте увеличения его массы?
Б). Верю - не верю.
1. В основе теории относительности Эйнштейна лежит 3 постулата. –
2. Все процессы природы протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета. +
3. Размеры тел в движущейся системе отсчета остаются такими же, как в неподвижной. –
4. Молодо выглядящая женщина-астронавт, вернувшаяся из продолжительного космического полета, бросается к седовласому старцу и в разговоре называет его своим сыном. Возможно ли это? +

В). Решение задач.

1. Найдите полную энергию космического корабля с массой покоя 10 т, движущегося со скоростью 0,9 с. (с=3*108 м/с)
2. Какую скорость должно иметь тело, чтобы его продольные размеры уменьшились для наблюдателя в 3 раза?

V. Итог урока.

VI. Домашнее задание: § 79.

VII. Онтологическая рефлексия.

На занятии я
узнал…
понял…
научился…
не умел, а теперь умею…
на следующем занятии я хочу…