Постулаты специальной теории относительности - Элементы теории относительности - Оптика

Цель: показать необходимость новой теории «Специальная теория относительности».

Ход урока

I. Организационный момент

II. Анализ контрольной работы

III. Изучение нового материала

Во второй половине XII в. Максвелл развил теорию электромагнетизма. Он показал, что свет - электромагнитная волна. Уравнение Максвелла подсказало, что скорость света ≈ 3 · 10⁸ м/с. Предсказания совпали с экспериментальными измерениями в пределах погрешности. Но в какой системе отсчета?

У Максвелла в уравнениях нет оговорок насчет относительной скорости. Физики предположили, что свет распространяется в какой- то среде. Эту среду назвали эфиром, который заполняет все пространство.

Предположим, что значение скорости по Максвеллу достигается в Системе отсчета, связанной с эфиром. Тогда скорость света в различных системах отчета различна?

А. Майкельсон и Э. Морин провели опыты по измерению скорости света в направлении движения Земли и в противоположном направлении. Никакого различия в скорости света им обнаружить не удалось. Это означало, что никакой среды эфира не существует.

Таким образом, обнаружились определенные противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона, законы которой согласуются с принципом относительности. Возникшие противоречия можно было преодолеть тремя различными способами:

1. Объяснить несостоятельность принципа относительности в применении к электромагнитным явлениям. На эту точку встал голландский физик X. Лоренц.

2. Считать неправильными сами уравнения Максвелла и попытаться изменить их таким образом, чтобы они при переходе от одной инерционной системы к другой не менялись. Такая попытка была предпринята Г. Герцем.

3. В отказе от классических представлений о пространстве и времени, с тем, чтобы сохранить как принцип относительности, так и уравнения Максвелла.

Единственно правильным оказалась именно третья возможность. Последовательно развил ее Эйнштейн. Он пришел к новым представлениям о пространстве и времени.

Первые два пути были опровергнуты экспериментами.

(Можно дать ученикам доклады о проведенных экспериментах, указав литературу.)

Принцип относительности - главный постулат теории Эйнштейна.

Все законы природы одинаковы в любой инерциальной системе отсчета. Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все процессы в природе, в том числе и на электромагнитные.

Второй постулат - скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета.

Она не зависит не от скорости источника, ни от скорости приемника света. Скорость света занимает особое положение.

В данном случае специальная теория относительности находится в противоречии с классическими представлениями о пространстве и времени, которые при больших скоростях движения уже несправедливы. Наличием верхнего предела скорости объясняется существование «черной дыры» - астрономического объекта.

IV. Закреплении изученного

- Объясните сущность теории относительности.

- Каким путем Эйнштейн решил противоречия, возникшие при применении принципа относительности к законам электродинамики?

- Сформулируйте постулаты теории относительности и объясните их сущность.

Домашнее задание

п. 75-76.