Связь между массой и энергией
Цель урока: формировать у учащихся представление об универсальной связи массы и энергии, как о формуле краткой по форме и всеобъемлющей по содержанию.
Ход урока
Проверка домашнего задания методом выполнения самостоятельной работы
Вариант – 1.
№1. Определить длину стержня для наблюдателя, относительно которого стержень перемещается со скоростью 0,6 с. Длина, покоящегося, стержня равна 1 м.
Решение. Дано: L = L QUOTE 
; L= 1· QUOTE
= 1· QUOTE 
= QUOTE 
= 0,8 м.№2. В некоторой инерциальной системе отсчета два события в одной точке проходят одновременно. В другой инерциальной системе отсчета события будут одновременными? (да)
№3. Ракета с фотонным двигателем движется со скоростью 0,99 с относительно Земли. Длительность полета составила 10 лет. Сколько лет прошло на Земле?
Решение. Дано: Ѵ= 0,99 с; τ₀= 10 лет; τ — ?
τ = QUOTE 
= QUOTE 
= QUOTE 
= QUOTE 
= QUOTE 
Вариант -2.
№1. Электрон движется со скоростью, равной 4/5 скорости света. Определить импульс электрона.
Решение. Дано: m₀= 9,1 · 10-31кг; Ѵ= 0,8 c; P — ?
P = QUOTE 
= QUOTE 
= 3,64·10-22 кг·м/с
№2. Элементарная частица фотон движется со скоростью света с. Навстречу этой частицы со скоростью Ѵ, движется наблюдатель. Найти скорость фотона относительно наблюдателя.
№3. Элементарная частица движется со скоростью 0,99 с. Во сколько раз увеличивается при этом масса частицы?
Решение. Дано: m; m₀; Ѵ = 0,99 c.
m= QUOTE 
; QUOTE 
= 2,2 раза.
Изучение нового материала
Рассмотрим важнейшее следствие, вытекающее из теории относительности: универсальная связь между энергией и массой.
Из закона сохранения энергии и факта, что масса тела зависит от скорости движения, вытекает связь между массой и энергией. Рассмотрим такой пример: нагревая воду в чайнике, мы передаем определенную энергию. Скорость движения молекул зависит от температуры и увеличивается по мере нагревания жидкости. Согласно формуле m= QUOTE увеличение скорости молекул ведет к увеличению массы всех молекул. Значит масса воды в чайнике увеличивается при возрастании ее внутренней энергии, т.е. между массой жидкости и ее энергией существует связь.
Формула Эйнштейна.
Используя, постулаты теории относительности Эйнштейн установил универсальную связь между массой и энергией.
E= mc² = QUOTE 
— энергия тела или системы тел равна массе, умноженной на квадрат скорости света.
Из этой формулы можно найти массу: 𝚫m= QUOTE 
; Коэффициент очень мал, поэтому только при больших изменениях энергии, возможны заметные изменения массы. Нагревание тел, химические реакции дают незначительные изменения энергии, поэтому заметить изменение массы невозможно. Горячая вода в сосуде имеет большую массу, чем холодная вода, но даже самые чувствительные весы не могут этого обнаружить.
Изменения энергии достаточно большие, что становится заметным изменение массы, происходят при превращениях элементарных частиц и атомных ядер. Например, при взрыве атомной бомбы выделяется количество энергии, сравнимое с электроэнергией, выработанной всеми электростанциями Земли за несколько дней. Выделившаяся энергия улетает вместе с излучениями. Энергия излучений имеет массу, которая составляет 0,1 % массы от исходного материала.
Энергия покоя.
На основании формулы: Е= mc² = QUOTE 
делаем вывод, что тело обладает энергией, находясь в состоянии покоя, т.е. при Ѵ. Е₀=m₀c² — энергия покоя.
Любое тело обладает энергией уже благодаря факту существования; энергия пропорциональна массе покоя m₀
Существует экспериментальное доказательство энергии покоя. Если элементарная частица обладает массой покоя и превращается в другие частицы, у которых масса покоя равна нулю (m₀=0), то вся энергия покоя превращается в кинетическую энергию вновь образовавшихся частиц.
Е= mc² -одна из двух формул во всей физике, такая краткая по форме и всеобъемлющая по содержанию.
Закрепление изученного материала
1) В чем суть универсальной связи массы и энергии?
2) Что называется энергией покоя?
3) Обнаружить на опыте увеличение массы тела при его нагревании не удается. Почему?
Подведем итоги урока
Домашнее задание: § 80, повт. § 79, упр. 11 № 2, 3.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)