a Khối lượng tương đối tính Động lượng tương đối tính của một chất điểm chuyển động với vận tốc v được định nghóa ur r mo r p mv v v2 1 2 c Trong đó đại lượng mo m= v2 1 2 c gọi là[r]
Trang 1Bài 51 : HỆ THỨC ANHSTANH
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 :
HS : 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
HS : Thời gian là tương đối.
HS : Quan sát hình minh họa.
Hoạt động 3 :
HS : Động của 1 vật là đại lượng đo bằng
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.
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 ?
Trang 2tích 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 : = m F a
HS : = m = m F a = =
t
v v
'
t
v m
t
p
HS : = m = p v
2 2 0
1
c v
m
v
HS :
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 = c2
2 2 0
1
c v
m
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
m tương ứng và ngược lại
HS : E = m0 c2
HS : E m0 c2 + m0 c2
2 1
HS : m0 c2
HS : m0 c2
2
1
HS : Năng lượng nghỉ + động năng
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 ?
GV : Trong thuyết tương đối, động lượng
tương đối tính của một chất điểm chuyển
động với vận tốc cũng được định nghĩa v
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 ?
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
Trang 3HS : Được bảo toàn.
HS : Không nhất thiết được bảo toàn.
HS : Năng lượng toàn phần
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 lượng 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.
a) 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
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
Trang 4nhau 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
+ 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 << 1, ta có v
c
, và do đó E
2 2 2
2
1 1
1
2 1
v c v
c
2 1 2
2
m c m v
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