Зв'язок між масою та енергією.

Із часом Ейнштейн зробив важливий висновок: тіло має величезну енергію завдяки тому, що воно має масу. Зв'язок між масою і енергією згідно з теорією відносності визначають за формулою

E = mc ² (5)

Для розв'язування задач важливо пам'ятати формулу для визначення кінетичної енергії:

E _k = E – E _cп або . (6)

Положення теорії відносності і формули (1 - 6) підтверджуються точно встановленими експериментами. Більшість з нведених формул перетворюються у звичні співвідношення механіки Ньютона, якщо швидкість світла в них вважати нескінченно великою. Тому механіка Ньютона - це наближений варіант спеціальної теорії відносності для руху з невеликими порівняно зі швидкостю світла швидкостями.

Фізику великих швидкостей називають релятивістською.

Для ядерної фізики і фізики елементарних частинок важливе значення має висновок з теорії відносності про зв'язок маси й енергії.

Приклади розв’язування задач:

Задача 1. Маса спокою зарядженої частинки 1,6·10^-27кг. Визначити кінетичну енергію при швидкості, яка дорівнює 0,6 м/с.

Розв’язання:

Відповідь: Е_к = 36·10^-12 Дж

 

Задача 2. Два тіла рухаються відносно нерухомого спостерігача рівномірно і прямолінійно у протилежних напрямках із швидкостями =0,8с та = -0,5с. Визначити відносні швидкості цих тіл за класичними і релятивістськими співвідношеннями.

Розв’язання:

Відповідь: відносна швидкість U_р = 280000 км/с, не суперечить постулатам теорії відносності

Питання для самоперевірки:

1. Поясніть сутність теорії відносності.

2. Яким шляхом Ейнштейн вирішив суперечність, між механічним принципом відносності і законами електродинаміки?

3. Сформулюйте постулати теорії відносності і поясніть їх сутність.

4. У чому полягає відносність одночасності подій?

5. У чому полягає відносність довжин (відстаней)? Яка формула виражає зміст цього поняття? У чому полягає релятивістський ефект скорочення довжини тіл?

6. У чому полягає суть відносності проміжків часу? Яка формула виражає зміст цього поняття? У чому полягає релятивістський ефект уповільнення часу?

7. Як записують і формулюють класичний закон додавання швидкостей?

8. Запишіть релятивістський закон додавання швидкостей.

9. Доведіть відповідність релятивістського закону швидкостей другого постулату теорії відносності.

10. Запишіть формулу, що виражає залежність маси тіла від швидкості його руху. У якому разі маса тіла не залежить від швидкості руху тіла?

11. Як записують другий закон Ньютона в релятивістському вигляді?

12. Запишіть формулу, що виражає зв'язок маси й енергії у разі нерелятивістського руху і поясніть його зміст.

13. У чому полягає закон взаємозв'язку маси й енергії?

14. Що називають енергією спокою? Яка формула виражає зміст цього поняття?

Завдання для самоперевірки:

1. Тіло рухається відносно рухомої системи відліку зі швидкістю V₁=0,2с, а відносно нерухомої системи відліку зі швидкістю V₂=0,8с, с– швидкість світла у вакуумі. З якою швидкістю рухається система відліку одна відносно другої?

Відповідь: v=214300км/с.

2. Маса спокою електрона 9,1·10^-31кг. Визначити кінетичну енергію при швидкості, яка дорівнює 0,8с.

Відповідь: 54,6·10^-15Дж.

 

Література: С.У. Гончаренко Фізика 11клас (§18,19,20)

 

Висновки

 

Основне завдання організації самостійної роботи студентів (СРС) полягає у створенні психолого-дидактичних умов розвитку інтелектуальної ініціативи і мислення на заняттях будь-якої форми. Основним принципом організації СРС повинен стати переведення всіх студентів на індивідуальну роботу з переходом від формального виконання певних завдань при пасивній ролі студента до пізнавальної активності з формуванням власної думки при вирішенні поставлених проблемних питань і завдань.

Життя диктує необхідність включення у СРС наступних типiв загальновiдомих в дидактицi завдань: репродуктивнi; за зразком; реконструктивно-варiативнi.

Пiд час рiшення репродуктивних завдань пiзнавальна дiяльнiсть студента проходить у формi простого вiдтворення знань: студент згадує або знаходить (вiдшукує) у пiдручнику (конспектi) необхiдну формулу (рiвняння, закон), яка вiдображає (вiдтворює) суть явища, встановлює фiзичне тлумачення, пiдставляє їхнi численні значення та виконує обчислення. Завдання цього типу створюють для студентiв передумови для пiзнання, осмислення i запам`ятання тих чи iнших положень вивчаємого явища, закону, теорiї; сприяє накопиченню опорних знань, окремих фактiв та засобiв дiяльностi.

До другого типу завдань, якi вирiшуються згiдно зразку, належать завдання, рiшення яких може бути органiзовано згiдно вiдомих зразкiв або у виглядi зумовленої, заздалегiдь вiдомої послідовності дiй (алгоритму). Рiвень пiзнавальної самостiйностi в дiяльностi студентiв пiд час виконання цих завдань виявляється в пiдведеннi нового факту явища, зразка або засобу дiяльностi пiд уже вiдомi. Сприяючи накопиченню у студентiв опорних знань, умiнь та навичок, їх мiцному засвоєнню, цi роботи створюють необхiднi умови для переходу до виконання завдань бiльш високого рiвня самостiйностi.

Для рiшення реконструктивно-варiативних завдань студент повинен не тiльки добре знати фiзичнi закони, якi описують розглянуте явище (або сукупнiсть явищ), але й вмiти реконструювати, перетворювати та застосовувати до нових ситуацiй тощо. Цi завдання нацiленi на вироблення у студента вмiнь та навичкiв комбiнувати та перетворювати новi i традицiйнi засоби дiяльностi для рiшення нових та традицiйних проблем, використовуючи при цьому рiзнi варiацiї та пiдходи. Все це сприяє формуванню у студентiв таких рис, якi є основою пошуково-творчої дiяльностi майбутнього фахiвця. Виконуючи завдання цього типу, студенти вчаться перебудовувати та комбiнувати ранiш вiдомi знання i вмiння для виконання нового завдання, аналiзувати рiзнi шляхи його виконання i обирати найбiльш рацiональнi.

Завдання викладача фiзики i, на мій погляд, зводиться не тiльки до того, щоб дати фундаментальнi знання з предмету, здiйснити контроль за засвоєнням знань, але й прищепити студентам навички творчо, самостiйно мислити, пiзнавати, вирiшувати деякi, хоч i невеличкi, проблеми, суперечностi, тому що розвиток науки - це вирiшення суперечностей.

 

Література

 

 

1. Гончаренко С. У. Фізика: Проб. підручник для 9 кл. середньої заг. - освітніх шк. К.: Освіта, 1997. - 431 с.

2. Гончаренко С. У. Фізика. 10 клас: Проб. навч. посіб. для ліцеїв та кл. природ. - наук. профілю - К.: Освіта, 1995. - 430 с.

3. Гончаренко С.У. Фізика: Пробн. підручник для 11 кл. середн. загально-освітніх шк. - К.: Освіта, 1997. - 448 с.

4. Кікоїн І. К., Кікоїн А. К. Фізика: Підруч. для 9 кл. середн. шк.: - К.: Рад шк., 1992. - 208 с.

5. Кікоїн І. К., Кікоїн А. К. Фізика: Підруч. для 10 кл. середн. шк.: - К.: Рад шк., 1992. - 208 с.

6. Корсак К. В. Фізика. Письмовий екзамен: Посібник для вступників до вузів. - К.: Либідь, 1992. - 224 с.

7. Римкевич А. П. Збірник задач з фізики

 

 

Рецензія

В посібнику описані організація і методика самостійної роботи студентів, яка сприяє інтенсифікації навчального процесу, глибокому вивченню і систематизації роботи над навчальним матеріалом, розвитку творчої активності. Багато уваги приділено висвітленню питання планування самостійного вивчення матеріалу та закріплення його. Кожна тема відображує певний розділ фізики та закріплюється шляхом відповідей на питання або вирішенням тематичних завдань.