Biết một số kết quả của thuyết tương đối hẹp; hiểu hệ thức Anh-xtanh giữa năng lượng và khối lượng.. 2 / Học sinh : Ôn lại một số kiến thức về Cơ học ở lớp 10 định luật cộng vận tốc, đị
Trang 1Bài 67 + 68 : THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP
I / MỤC TIÊU :
Hiểu được sự tất yếu của việc ra đời thuyết tương đối hẹp Hiểu được các tiên đề Anh-xtanh
Biết một số kết quả của thuyết tương đối hẹp; hiểu hệ thức Anh-xtanh giữa năng lượng và khối lượng
II / CHUẨN BỊ :
1 / Giáo viên :
Chuẩn bị một vài mẩu chuyện viễn tưởng về thuyết tương đối hẹp (chẳng hạn nội dung một số phim truyện viễn tưởng)
2 / Học sinh :
Ôn lại một số kiến thức về Cơ học ở lớp 10 (định luật cộng vận tốc, định luật II Niu-tơn dưới dạng độ biến thiên động lượng…)
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC :
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Hoạt động 1 :
Trang 2HS : Xem SGK trang 282 sau tựa đề
HS : Vận tốc c của ánh sáng truyền
trong chân không là không đổi đối
với mọi hệ quy chiếu
HS : Xem SGK trang 283
HS : 3.108 ( m / s )
HS : Thả một vật rơi tự do trên con
tàu (hoặc trên máy bay) chuyển động
đều
Hoạt động 2 :
HS : Xem SGK trang 283
HS : Chứng minh công thức 67.1
trang 283 trong SGK
HS : Chiều dài của thanh đã bị co lại
theo phương chuyển động
HS : Chứng minh công thức 67.2
trang 283 trong SGK
GV : GV đặt vấn đề vào bài như
SGK
GV : GV nêu lên các hạn chế của cơ
học cổ điển
GV : GV trình bày hai tiên đề Anh-xtanh
GV : Vận tốc lớn nhất mà em biết có
giá trị bằng bao nhiêu ?
GV : GV yêu cầu HS nhắc lại
nguyên lí tương đối của cơ học cổ điển bằng một ví dụ cụ thể
GV : GV trình bày hệ quả thứ nhất
của thuyết tương đối : sự co của độ
dài
GV : GV yêu cầu HS làm một bài
toán cụ thể để minh họa hệ quả thứ nhất
GV : Nêu ý nghĩa của kết quả thu
được
Trang 3HS : Thời gian là tương đối
HS : Quan sát hình minh họa
Hoạt động 3 :
HS : Động của 1 vật là đại lượng đo
bằng tích của khối lượng và vận tốc
của vật
HS : Động lượng là đại lượng đặc
trưng cho sự truyền chuyển động
giữa các vật tương tác
HS : F = m a
HS :F = m a= m
t
v v
' =
t
v
m
=
t
p
HS : p= m v =
2 2 0 1
c v
m
v
GV : GV yêu cầu HS làm một bài
toán cụ thể để minh họa hệ quả thứ hai
GV : Nêu ý nghĩa của kết quả thu
được
GV : GV tận dụng các hình minh
họa 67.1 SGK để giúp HS hình dung
cụ thể hơn
GV : Động lượng là gì ?
GV : Hãy cho biết ý nghĩa vật lý của
động lượng là gì ?
GV : Viết biểu thức định luật II
Newton biểu diễn mối quan hệ giữa lực, khối lượng và gia tốc ?
GV : Viết biểu thức định luật II
Niu-tơn dưới dạng độ biến thiên động lượng ?
Trang 4HS :
2 2 0
1
c
v
m
HS : m0
HS : Hệ quy chiếu
HS : Để thấy rõ là thông thường ta có
:
m = mo
Hoạt động 4 :
HS : E = m c2 =
2 2 0 1
c v
m
c2
HS : Khi vật có khối lượng m thì nó
có một năng lượng E và ngược lại ?
HS : Tỉ lệ với nhau
HS : Khối lượng cũng thay đổi một
lượng
GV : Trong thuyết tương đối, động
lượng tương đối tính của một chất
điểm chuyển động với vận tốc
vcũng được định nghĩa bằng công thức giống như trong cơ học cổ điển Viết biểu thức ?
GV : Đại lượng nào gọi là khối
lượng tương đối tính ?
GV : Đại lượng nào gọi là khối
lượng nghỉ
GV : Khối lượng của một vật có tính
tương đối, giá trị của nó phụ thuộc
vào cái gì ?
GV : Tính m với v = 800km/h ( vận
tốc trung bình của máy bay phản lực chở khách ) ?
GV : GV trình bày hệ thức giữa
năng lượng và khối lượng ?
GV : GV trình bày ý nghĩa của hệ
thức giữa năng lượng và khối lượng
Trang 5m tương ứng và ngược lại
HS : E = m0 c2
HS : E m0 c2 +
2
1
m0 c2
HS : m0 c2
HS :
2
1
m0 c2
HS : Năng lượng nghỉ + động năng
HS : Được bảo toàn
HS : Không nhất thiết được bảo toàn
HS : Năng lượng toàn phần
?
GV : Hai đại lượng này có mối quan
hệ với nhau như thế nào ?
GV : Khi năng lượng E thay đổi thì
dẫn đến cái gì thay đổi ?
GV : Khi v = 0 thì năng lượng E
được xác định như thế nào ?
GV : Khi v << c thì năng lượng E
được xác định như thế nào ?
GV : Thế nào là năng lượng nghỉ ?
GV : Thế nào là động năng của một
vật ?
GV : Thế nào là năng lượng toàn phần ?
GV : Theo vật lý học cổ điển, đối
với hệ kín khối lượng nghỉ và năng lượng nghỉ có đặc điểm gì ?
GV : Theo thuyết tương đối, đối với
hệ kín khối lượng nghỉ và năng
Trang 6lượng nghỉ có đặc điểm gì ?
GV : Theo thuyết tương đối, đối với
hệ kín cái gì được bảo toàn ?
IV / NỘI DUNG :
1 Hạn chế của cơ học cổ điển
2 Các tiên đề Anh – xtanh
Tiên đề I (nguyên lí tương đối) : Hiện tượng vật lí diễn ra như nhau
trong các hệ quy chiếu quán tính
Tiên đề II (nguyên lí về sự bất biến của vận tốc ánh sáng) : Vận tốc
của ánh sáng trong chân không có cùng độ lớn bằng c trong mọi hệ quy chiếu quán tính, không phụ thuộc vào phương truyền và vào vận tốc của nguồn sáng hay máy thu :
Hệ quả :
- Sự co của độ dài : Độ dài của một thanh bị co lại dọc theo phương chuyển động của nó;
- Sự dãn của khoảng thời gian : Đồng hồ gắn với quan sát viên chuyển động chạy chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên
3 Hệ thức Anh – xtanh giữa năng lượng và khối lượng
Trang 7a) Khối lượng tương đối tính
Động lượng tương đối tính của một chất điểm chuyển động với vận tốc v được định nghĩa
2 2 1
o
m
v c
Trong đó đại lượng
m =
2 2 1
o
m v c
gọi là khối lượng tương đối tính của chất điểm chuyển động, và mo gọi là khối lượng nghỉ
b) Hệ thức giữa năng lượng và khối lượng
E = mc2 = 2
2 2 1
o
m c v c
Theo hệ thức này, khi vật có khối lượng m thì nó cũng có một năng lượng E, và ngược lại, khi vật có năng lượng E thì nó có khối lượng m Hai đại lượng này luôn tỉ lệ với nhau Khi năng lượng thay đổi lượng E thì khối lượng cũng thay đổi một lượng m tương ứng và ngược lại
E = m.c2 Các trường hợp riêng
Trang 8+ Khi v = 0 thì E = Eo = mo.c2.Eo được gọi là năng lượng nghỉ
+ Khi v << c (với các trường hợp của cơ học cổ điển) hay v
c << 1, ta
có
2 2 2
2
1 2 1
v c v
c
, và do đó E 2 1 2
2
Như vậy, khi vật chuyển động, năng lượng toàn phần của nó bao gồm năng lượng nghỉ và động năng của vật
Đối với hệ kín, khối lượng nghỉ và năng lượng nghỉ tương ứng không nhất thiết được bảo toàn, nhưng vẫn có định luật bảo toàn của năng lượng toàn phần E, bao gồm năng lượng nghỉ và động năng
V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ :
Trả lời câu hỏi 1, 2
Xem bài 69