Школьные основы специальной теории относительности
или Как помочь выпускникам сформировать новое мировоззрение на пространство и время
Был этот мир глубокой тьмой окутан. Да будет свет! И вот явился Ньютон. (Эпиграмма XYIII в.)
Но сатана недолго ждал реванша.
Пришел Эйнштейн - и стало все как раньше!
(Эпиграмма XX в.)
СТО раздел открыл учебник ученик. Неужели кто-то в суть уже проник? (Эпиграмма XXI в.)
Суть вещей понять не смог ни Эйнштейн, ни Ньютон. До чего же этот мир запутан! (Эпиграмма XXII в.)
_____________________________________________
Место для вашей эпиграммы...
Сложно, недоступно, противоречиво, непонятно, нелогично, набор утверждений без обоснований, ненаглядно, с ошибками. Так кратко можно охарактеризовать изложения материала в школьном учебнике физики для 11 кл. (Раздел 4) по теме "Основы специальной теории относительности". (См. Физика: учеб. пособие для 11-го кл. ощеобразоват. учреждений с рус.яз. обуч./ В.В.Жилко, Л.Г.Маркович. ─ Мн.: Нар.асвета, 2009.) Судите сами, на весь раздел (4 параграфа!) только 3 рисунка. Программа не предусматривает ни демонстраций, ни компьютерных моделей по причине... (догадайтесь сами). Новые свойства пространства и времени остаются нераскрытыми. Вместо объяснения сложная для понимания цитата Минковского и еще более сложные для понимания поэтические строчки Федора Сологуба. Не задаются авторы новыми представлениями о пространстве и времени и в контрольных вопросах к параграфу. И это правильно: зачем спрашивать о том, о чем не было речи! Пример логики изложения: Цитата: "Зачем изучать специальную теорию относительности? Для этого существует целый ряд причин. ...Во-вторых, ни один сигнал или частица не могут иметь скорость, превышающую скорость света в вакууме". Такова логика, такова одна из причин, для изучения основ СТО! Для учащихся так и остается непонятным: справедлив принцип относительности Галилея в электродинамике, т.е. в отношении электромагнитных и оптических явлений, или нет. Противоречия между классическим законом сложения скоростей Галилея и данными экспериментов по измерению скорости света остаются нераскрытыми.
Преобразования Галилея
Почему преобразования Галилея нельзя применять для света
Историческую ценность опыта Майкельсона-Морли авторы видят в том, что он явился основой для создания СТО. На самом деле способствовал признанию теории. В издании на белорусском языке при переводе вообще возник удивительнейший казус: по тексту оказывается, что движение Земли относительно эфира в знаменитом опыте Майкельсона-Морли было все-таки обнаружено! Читаем на стр. 116 учебного пособия: "Для вырашэння "праблемы эфiру" амерыканскi фiзiк Альберт Майкельсон прапанаваỹ схему эксперыменту, якi дазволiỹ (!) з дапамогай iнтэрферэнцыi выявiць рух Зямлi адносна эфiру". Вот так легко и просто переворачиваются научные истины! Дальше больше.
Физика 11 (2009). Виртуальная лабораторная работа №1. Изучение колебаний математического маятника
Представляем виртуальную 3D лабораторию, которую с успехом можно использовать на уроке "Изучение колебаний математического маятника" (лабораторная работа №1 в 11 кл., белорусская программа по физике 2009 г.)
Физика 11. Лабораторная работа №6. Наблюдение сплошного и линейчатого спектров
Контрольные вопросы:
1) Какие вещества дают сплошной спектр?
2) Какие вещества дают линейчатый спектр?
3) Объясните, почему отличаются линейчатые спектры разных газов?
4) Почему щель коллиматора спектроскопа имеет форму узкой щели? Изменится ли вид наблюдаемого спектра (если изменится, то как?), если щель сделать в форме треугольника?
Контрольная работа №2 по теме: «ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ и ВОЛНЫ». 11 класс
Вариант 1
1. Частота свободных электромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре при увеличении емкости конденсатора:
А. Увеличивается;
Б. Не изменяется;
В. Уменьшается;
Г. Вначале уменьшается, а затем остается неизменной.
2. Заряд на обкладках конденсатора идеального колебательного контура с течением времени изменяется по закону q = 100·cos(1·103πt) мкКл. Определите период электромагнитных колебаний Т в контуре.
3. Сила тока в первичной обмотке трансформатора Iд1 = 0,50 А. Определите напряжение на зажимах первичной обмотке Uд1, если КПД трансформатора η = 95%, сила тока во вторичной обмотке Iд2 = 12 А, а напряжение на ее зажимах Uд2 = 9 В.
4. Определите отношение энергии магнитного поля катушки W1 к энергии электростатического поля конденсатора W2 идеального колебательного контура спустя промежуток времени ∆t = T/3после начала колебаний, если в момент времени to = 0 заряд конденсатора была максимальным.
5. Колебательная контур состоит из катушки индуктивностью L = 28 мкГн и конденсатора емкостью С = 2,2 нФ. Какую мощность P должен потреблять контур, для того чтобы в нем поддерживались незатухающие электромагнитные колебания, при которых максимальное напряжение на конденсаторе U0 = 5 В, если активное сопротивление катушки R = 1 Ом?
Вариант 2
1. Период свободных электромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре при уменьшении индуктивности катушки:
А. Увеличивается;
Б. Не изменяется;
В. Уменьшается;
Г. Вначале уменьшается, а затем остается неизменным.
2. Напряжение на обкладках конденсатора идеального колебательного контура с течением времени изменяется по закону U = 0,1·cos1000πt (B). Определите индуктивность L катушки этого контура.
3. Напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора Uд1 = 220 В, а сила тока Iд1 = 0,6 А. Определите силу тока Iд2 во вторичной обмотке трансформатора, если напряжение на ее зажимах Uд2 = 12 В, КПД трансформатора η = 98%.
4. Определите отношения энергии магнитного поля катушки W1 к энергии электростатического поля конденсатора W2 идеального колебательного контура спустя промежуток времени ∆t = T/3после начала колебаний, если в момент времени t0 = 0 сила тока в катушке контура была максимальной.
5. Колебательный контур, собственная частота электромагнитных колебаний в котором ν = 1 МГц, имеет индуктивность L = 0,2 Гн и активное сопротивление R = 2 Ом. Определите, на сколько процентов уменьшится энергия этого контура за промежуток времени, равный периоду колебаний, если предположить, что на протяжении одного периода колебаний амплитуда силы тока меняется незначительно.
Контрольная работа №3 по теме: «ОПТИКА». 11 класс. Базовый уровень
Вариант 1
1. Дифракционная решётка с периодом d освещается нормально падающим на неё световым пучком с длиной волны λ. Угол φ, под которым наблюдается четвёртый дифракционный максимум, определяется по формуле:
А) cos φ = 4d / λ; Б) sin φ = 4λ / d; В) cos φ = 4λ / d; Г) sin φ = d / 4λ.
2. Определите показатель преломления стекла n, если на расстоянии l = 10 мкм в стекле укладывается N = 40 длин волн монохроматического света, имеющего в вакууме длину волны λ = 0,40 мкм.
3. Постройте изображение отрезка АВ в рассеивающей линзе. Какое это будет изображение?
4. Предмет расположен на расстоянии d = 0,5 м от поверхности линзы с оптической силой D = 2,5 дптр. Определите минимальное расстояние l, на которое необходимо переместить предмет, чтобы получить равное ему изображение.
5. На дифракционную решётку перпендикулярно к её плоскости падает свет. Угол дифракции в спектре первого порядка для линии с λ = 600 нм составляет φ1 = 30°. Некоторая линия наблюдается в спектре второго порядка под углом дифракции φ2 = 45°. Определите длину волны λ этой линии и число штрихов N на единицу длины решётки.
Вариант 2
1. Длина световой волны λ связана с её частотой ν соотношением:
2. Второй дифракционный максимум наблюдается под углом φ = 30. Определите постоянную решётки d, если длина волны света λ = 500 нм.
3. Постройте изображение отрезка АВ в рассеивающей линзе. Какое это будет изображение?
4. Предмет расположен на расстоянии d = 0,4 м от поверхности линзы. Определите оптическую силу D линзы, если минимальное расстояние, на которое необходимо переместить предмет, чтобы получить равное ему изображение, l = 0,4 м.
5. Установка Юнга содержит две щели шириной d = 0,015 мм, находящиеся на расстоянии a = 0,045 мм. Определите расстояние х между интерференционными полосами для света с длиной волны λ = 680 нм на экране, находящемся на расстоянии l = 2,0 м.
Контрольная работа №1 по теме: «МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ». 11 класс
Вариант 1
1. Какие из перечисленных колебаний являются вынужденными?
1. Колебания на нити груза, один раз отведенного от положения равновесия и отпущенного.
2. Колебания качелей, раскачиваемых человеком, стоящим на земле.
А. Только 1; Б. Только 2; В. 1 и 2; Г. Ни 1, ни 2.
2. Точки совершают гармонические колебания вдоль оси Ох с амплитудой А = 0,2 м. Какой путь s пройдет точка, сделав 5 полных колебаний?
3. Найдите частоту ν звуковых колебаний в стали, если расстояние между ближайшими точками звуковой волны, отличающимися по фазе ∆φ = 90о, составляет l = 1,54 м. Скорость звука в стали v = 5000 м/с.
4. Во сколько раз изменился период колебания маятника в ракете, стартующей с поверхности Земли вертикально вверх с ускорением a = 30 м/с2.
5. Два математических маятника, один длиной l1 = 10 см, другой – l2 = 20 см, совершает колебания с одинаковыми угловыми амплитудами. Определите периоды колебаний маятников и отношение их энергий, если массы шариков одинаковы.
Вариант 2
1. Какие из перечисленных колебаний являются свободными?
1. Колебания груза, подвешенного к пружине, после однократного выведения его из положения равновесия.
2. Колебания голосовых связок при пении.
А. Только 1; Б. Только 2; В. 1 и 2; Г. Ни 1, ни 2.
2. Тело совершает гармонические колебания вдоль оси Ox. Расстояние между точками, в которых скорость тела равна нулю, – 4 см. Определите амплитуду А гармонических колебаний.
3. Найдите разность фаз ∆φ между двумя точками звуковой волны, отстоящим друг от друга на расстояние l = 25 см, если частота колебаний ν = 680 Гц. Скорость звука в воздухе v = 340 м/с.
4. Математический маятник укреплен в кабине лифта, который начинает опускаться с ускорением, а = 0,81 м/с2. Каков период Т малых колебаний маятника, если длина нити l = 1,0 м?
5. Математический маятник длиной l = 50 см совершает гармонические колебания с амплитудой А = 1 см. Найдите модуль ускорения маятника в положении, когда его смещение от положения равновесия равно половине максимального.
Вариант 3
1. Что называется математическим маятником?
А. Физическое тело, совершающее колебания;
Б. Тело, у которого точка подвеса находиться выше центра тяжести;
В. Материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити;
Г. Груз, подвешенный на пружине.
2. Составьте уравнение гармонических колебаний, если амплитуда колебаний А = 4,0 см, а частота колебаний ν = 50 Гц.
3. Звуковое ощущение сохраняется у человека примерно в течение промежутка времени ∆t = 0,10 c. На каком расстоянии l от преграды должен находиться человек, чтобы слышать раздельно основной и отраженный от преграды звуки? Скорость звука примите
4. Кинетическая энергия движущегося тела Wк = 2 Дж, а модуль импульса р = 4 H·с. Тело подвесили к упругой пружине с жесткостью k = 800 Н/м. Определите циклическую частоту ω малых колебаний тела на пружине.
5. Математический маятник длиной l подвешен в ракете. Ракета движется с ускорением а под углом φ к горизонту. Найдите период колебаний Т маятника.
Вариант 4
1. Что такое амплитуда?
А. Число полных колебаний в единицу времени;
Б. Наибольшее отклонение колеблющейся точки от ее положения равновесия;
В. Смещение колеблющейся точки от положения равновесия;
Г. Путь, пройденный колеблющимся телом за одно колебание.
2. Составьте уравнение гармонических колебаний, если амплитуда колебаний A = 4,0 см, а частота колебаний ν = 50 Гц.
3. Ультразвуковой дефектоскоп работает на частоте ν = 1,2 МГц. Отраженный от дефекта стальной детали сигнала возвратился через промежуток времени ∆t = 6 мкс. Длина ультразвуковой волны в стали λ = 5 см. Определите глубину h расположения дефекта.
4. На гладком горизонтальном столе лежит шар массой m = 280 г, прикрепленный к легкой горизонтально расположенной пружине с жесткостью k = 300 Н/м. В шар попадает пуля массой mп = 9 г, летящая горизонтальной со скоростью
5. Маленький шарик, подвешенный на невесомой нерастяжимой нити длиной l = 1 м, выводят из положения равновесия так, что нить составляет малый угол с вертикалью, и отпускают. Через какой промежуток времени угол между нитью и вертикалью уменьшиться вдвое?
1. Явление полного внутреннего отражения может наблюдаться при переходе светового луча:
А. Из воздуха в воду; Б. Из воды в воздух; В. Из прозрачной среды в непрозрачную; Г. Через границу раздела любых сред.
2. Как изменяется скорость υ световой волны при переходе ее из вакуума в среду с показателем преломления n?
3. При помощи дифракционной решетки с периодом d = 0,03 мм получено изображения первого дифракционного максимума на расстоянии х = 3,6 см от центрального и на расстоянии l = 1,8 м от решетки. Определите длину световой волны λ падающего излучения.
4. На расстоянии d = 20 см от собирающей линзы находится предмет, причем его действительное изображение в k = 4 раза больше предмета. Найдите оптическую силу D линзы.
5. Найдите построением положение линзы и ее фокусов, если известны положения ее главной оптической оси ОО’, источника света S и его изображения S’.
Вариант 2
1. Какое выражение определяет предельный угол полного внутреннего отражения для луча света, который идет из вещества с показателем преломления n1 в вещество с показателем преломления n2 (n1 > n2).
2. Как измениться длина световой волны λ при переходе ее из вакуума в среду с показателем преломления n?
3. Третий дифракционный максимум при освещении решений дифракционный желтым светом с длиной волны λ = 589 нм оказался на расстоянии x = 16,5 см от центрального. Определите период решетки d, если расстояние от экрана до решения l = 1,5 м.
4. На каком расстоянии d от рассевающей линзы с оптической силой D = 4 дптр надо поместить предметы, чтобы его мнимое изображение получилось в k = 5 раз меньше самого предмета.
5. Найдите построением положение линзы и ее фокусов, если известны положения ее главной оптической оси ОО’, источника S и ее изображения S’.
Контрольная работа №4 по теме: «ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ». 11 класс
Вариант 1
1. Энергия выражается формулой:
2. Вычислите длину волны де Бройля λБ частицы, импульс которой p = 5,0 · 103 кг · м/с.
3. Электрон выделяет из пластинки цезия, имея кинетическую энергию Eк = 1,3 эВ. Определите длину волны света, вызывающего фотоэффект, если работа выхода электрона из цезия Авых = 1,8 эВ.
4. Энергия атома водорода в основном состоянии E1 = -13,55 эВ. Определите энергию кванта E и длину волны λ излучения, поглощенного атомом водорода, если при этом электрон перешел с первого на третий энергетический уровень.
5. Найдите кинетическую энергию электрона на третьей боровской орбите атома водорода. Радиус орбиты r3 = 4,752 · 10-9 м.
Вариант 2
1. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта выражается формулой:
2. Вычислите длину волны де Бройля λБ частицы массой m = 1 г, движущейся со скоростью υ = 1 м/c.
3. Наибольшая длина волны излучения, способного вызвать фотоэффект, λmax = 0,234 мкм. Найдите наибольшую кинетическую энергию вырываемых электронов, если катод облучают светом с частотой ν = 1,5·1015 Гц.
4. Какую длину волны электромагнитного излучения поглотил атом водорода, если он при этом перешел со второго на третий энергетический уровень? Энергия атома водорода в основном состоянии Е1 = -13,55 эВ.
5. Вычислите линейную скоростью и период вращения электрона на первой боровской орбите атома водорода. Радиус первой орбиты r1 = 0,528 · 10-10 м.
Задача 1. Человек, глаза которого находятся на высоте h = 1,48 м над полом, стоит перед плоским вертикальным зеркалом на расстоянии l = 2,70 м от него; нижний край зеркала расположен на высоте а = 40 см над полом. На каком расстоянии b от зеркала находится ближайшая точка, которую видно в него?
Задача 2. Матовая лампочка в виде шара диаметром d = 50 мм освещает непрозрачный шар диаметром D = 25 см. Определите диаметр тени D1 и полутени D2 от шара на стене, если расстояние от центра лампочки до центра шара l1= 1,0 м и от центра шара до стены l2 = 2,0 м.
Задача 3. Вертикальный шест высотой h = 1,0 м, расположенный недалеко от уличного фонаря, отбрасывает тень длиной l1 = 60 см. Если расстояние между шестом и фонарным столбом увеличить на Δl= 1,2 м, то длина тени возрастет до l2 = 1,0м. Определите, на какой высоте Н находится фонарь.
Задача 4. Постройте изображение предмета АВ в плоском зеркале (см. рис.). Определите графически область видения изображения.
Задача 5. Найдите число n изображений точечного источника света, полученных в двух плоских зеркалах, образующих друг с другом угол α = 90° , если источник находится на биссектрисе угла.
Задача 6. Определите глубину реки Н, если человеку, смотрящему нормально к ее поверхности, она кажется равной H ' = 4,0м. Показатель преломления воды относительно воздуха принять n = 4/3.
Задача 7. Угол отражения некоторого луча на границе раздела двух сред β = 40°, а угол его преломления γ = 46°. Сравните оптические плотности сред.
Задача 8. Под каким углом α падает луч света на поверхность стекла, если угол преломления γ в k = 1,5 раза меньше угла падения?
Задача 9. Определите предельный угол α2 полного отражения на границе вещества со стеклом, если на границе этого вещества с воздухом предельный угол полного отражения α1 = 45°.
Задача 1. Почему центральный дифракционный мум называется нулевым?
Задача 2. Под каким углом θ наблюдается максимум третьего порядка при падении света длиной волны λ = 840 нм на дифракционную решетку с периодом d = 2,35·10-3 см?
Задача 3. Дифракционная решетка, имеющая N = 5000 штр/см, освещается белым светом. Дифракционные максимумы какого наибольшего порядка m можно наблюдать: а) в красной области спектра (λк = 670 нм); б) в фиолетовой области спектра (λф = 410 нм)?
Задача 4. Белый свет с длинами волн от λ1 = 400 нм до λ2 = 700 нм падает нормально на дифракционную решетку, имеющую N = 8000 штр/см. Определите угловую ширину Δθ спектра первого порядка на экране, находящемся на расстоянии l = 2,20 м от решетки.
Задача 5. Если дифракционная решетка освещается светом с длиной волны λ1 = 589 нм, то максимум первого порядка на экране, отстоящем на l = 42,0 см от решетки, находится на расстоянии x1 = 2,48 см от центрального максимума. Определите длину волны λ2 света, излучаемого другим источником, если дифракционный максимум находится на расстоянии х2 = 3,84 см от центрального максимума.
Посетитель сайта!
Активно публикуя новости на сайте, ты можешь выграть приз: CD-диск по физике. На диске предлагаются самые популярные книги, задачи с решениями по физике. Этот диск - голубая мечта любого, интересующегося физикой.
Автор:
Дата:
17.03.2012, 21:17
| 
Комментарии (0)
