Маса. Закон взаємозв’язку маси та енергії
РЕЛЯТИВІСТСЬКА МЕХАНІКА
Урок № 3
Тема. Маса. Закон взаємозв’язку маси та енергії
Мета: розглянути поняття інертної маси, фізичну суть закону взаємозв’язку маси та енергії; формувати вміння застосовувати формулу взаємозв’язку енергії та маси; розвивати логічне мислення, удосконалювати обчислювальні навички; формувати матеріалістичний світогляд.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
Нема нічого сильнішого за знання.
Знання – це і справедливість, і розважливість, і мужність.
Платон
ХІД УРОКУ
I.
Фронтальна бесіда
Учитель. Яку властивість тіл характеризує маса в класичній механіці?
Учень. З 7 класу ми знаємо, що маса тіла – це фізична величина, яка характеризує здатність тіл притягуватися до інших завдяки гравітаційній взаємодії.
Учень. Вивчаючи закони Ньютона, ми також з’ясували, що маса є кількісною мірою інертності тіл.
Учитель. Отже, на даному етапі наших знань про масу ми знаємо:
– Маса є мірою гравітаційних властивостей 
– Маса є мірою інертних властивостей тіл 
Учитель. Якою величиною
Учні. Маса тіла в різних ІСВ залишається незмінною, тобто маса – абсолютна величина.
II. Мотивація навчальної діяльності
Маса тіла залишається незмінною в різних ІСВ. Цей тезис є вірним й для швидкостей, які близькі до швидкості світла. Але обмеженість у зростанні швидкості тіла швидкістю світла має бути врахована. Розглянемо рух тіла під дією сталої сили. Нехай при t0 = 0, початкова швидкість 
0 = 0, тоді другий закон Ньютона набуде вигляду F = m/t, звідси = Ft/m. Проаналізуйте, якою буде швидкість тіла.
Учні. Швидкість буде зростати необмежено, якщо протягом досить тривалого часу буде діяти стала сила на тіло.
Учитель. Але ж це суперечить теорії відносності, у якій швидкість світла не може зростати необмежено.
ІІІ. Сприйняття навчального матеріалу
Щоб узгодити цю суперечність з висновками теорії відносності, потрібно записати другий закон Ньютона у іншому вигляді:
Де p0 і p – початковий і поточний імпульс тіла. Оскільки швидкість тіла не може зростати необмежено, імпульс тіла у теорії відносності потрібно записати у такому вигляді:
У класичній механіці енергія нерухомого тіла із заданою масою тіла m дорівнює нулю. Тіло набуває енергії, коли починає рухатись.
Теорія ж відносності доводить, що будь-яке тіло, яке вільно рухається, має енергію:
Закон взаємозв’язку маси та енергії.
Звідси видно, що будь-яке тіло, яке перебуває в спокої ( = 0), має енергію спокою Е0 = mc2.
Якщо тіло з масою m виділило енергію? E, маса цього тіла має зменшиться на? m. Звідси випливає, що? E = ?m – c2. Величину? m називають дефектом маси. Вона показує, настільки зменшиться маса тіла, якщо воно віддало енергію? E, або, навпаки, на скільки зросте маса тіла, якщо воно поглинуло енергію? E.
Отже, маса є мірою енергетичних властивостей будь-якого матеріального об’єкта.
IV. Осмислення об’єктивних зв’язків
Колективне розв’язування задач
1. Знайти повну енергію космічного апарата з масою спокою 10 т, який рухається зі швидкістю 0,9 с. (2,1-1021 Дж)
2. Визначити зміну маси вантажу у 20 т, яку підйомний кран підняв на 8 м вгору?
Дано: m0 = 20 т = 2-10 кг, h = 8 м, с = 3-108 м/c.
Знайти: ?m – ?
Розв’язання
?E = ?mc2. За релятивістським законом динаміки зміна повної енергії? E дорівнює потенціальній енергії вантажу: ?E = En = m0gh, тоді 
Відповідь: маса вантажу змінилась на 0,2-10-11 кг.
3. Визначити, на скільки зменшується маса Сонця за 1 с за умови, що загальна потужність випромінювання 3,83-1026 Вт.
Дано: P = 3,83-1026 Вт, t = 1 c, c = 3-108 м/c.
Знайти: ?m – ?
Розв’язання
Тоді
Відповідь: щосекунди маса Сонця зменшується на 4,3-109 кг.
Робота в групах
Розв’язати задачі.
Група № 1
1. Позначимо масу тіла m. Укажіть усі правильні твердження.
2. Чому дорівнює повна енергія тіла масою 1 кг?
Група № 2
1. Як змінюється енергія частинки під час руху зі швидкістю 0,9 с? Вкажіть правильну відповідь.
А) Збільшується в 2,3 рази;
Б) не змінюється;
В) зменшується в 2,3 рази.
Група № 3
1. Який із наведених виразів являє собою енергію спокою системи? Вкажіть правильну відповідь.
2. Знайти кінетичну енергію електрона, що рухається зі швидкістю 0,6 с.
Група № 4
1. У скільки разів збільшується енергія частинки під час руху зі швидкістю 0,99 с?
2. На скільки змінюється маса 1 кг льоду під час його плавлення? Питома теплота плавлення льоду 330 кДж/кг.
V. Підсумки уроку
Міні-виступ “Моє відкриття на сьогодні”: учні висловлюються про відкриття, яке вони зробили для себе на занятті.
VI. Домашнє завдання
1. Опрацювати відповідний параграф; повторити вивчений матеріал попередніх тем.
2. Виконати № 9.7, 9.8-Г.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...