Bài 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 :
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 :
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
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 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
vv
' =
t
vm
=t
p
HS :
p= m .
v =
2
2
0
1c
v
m
.
v
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 ?
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
HS :
2
2
0
1c
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
1c
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
m tương ứng và ngược lại.
HS : E = m0 . c2
HS : E m0 c2 +
2
1m0 c2
HS : m0 c2
HS :
2
1m0 c2
HS : Năng lượng nghỉ + động năng
HS : Được bảo toàn.
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 ?
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
HS : Không nhất thiết được bảo toàn.
HS : Năng lượng toàn phần
?
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 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
p mv v
v
c
ur r r
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
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.
+ 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 1
1
2
1
v
c
v
c
, và do đó E
2 2
1
2
o o
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.