Методика изучения релятивистской физики в профильной школе

Введение 3
Глава 1. Теоретические основы релятивистской физики 7
1.1 Суть и история возникновения общей теории относительности 7
1.2 Суть и история возникновения специальной теории относительности 13
Глава 2. Методика организации учебного процесса при формировании фундаментальных понятий релятивистской физики 20
2.1 Анализ состояния изучения «Релятивистской физики» в школе 20
2.2 Методические особенности изучения релятивистской физики в школьном курсе 30
Глава 3. Элективный курс «Релятивистская физика в профильной школе» 36
3.1 Аспекты изучения релятивистской физики в школе 36
3.2 Разработка текстовых задач 40
3.3 Дидактические материалы для контроля знаний в игровой форме 45
3.4 Реализация вопросов релятивистской физики в профильной школе в отдельных темах элективного курса 11 класса 49
3. 4.1 Введение в специальную теорию относительности: история ее создания, основные принципы и понятия 49
3.4.2 Решение задач по теме “Специальная теория относительности. Следствия постулатов СТО” 52
3.4.3 Специальная теория относительности и масса. Релятивистский импульс и энергия 54
3.4.4 Решение задач по теме “Взаимосвязь массы и энергии” 56
3.4.5 Принцип относительности Эйнштейна. Системы отсчета и преобразования Лоренца 59
3.4.6 Решение задач по теме “Относительность движения” 60
3.5 Апробация элективного курса 65
Заключение 68

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность исследования. Наш мир включает в себя множество тайн в виде явлений, необъяснимых человечеству. В течении многих десятилетий, некоторые из них были обоснованы с точки зрения религиозных верований, мифологий и т.д., но большое значение в их объяснении оказала наука. В данном случае, речь будет идти о физике.
Физика – это наука о наиболее общих законах природы, о материи, её структуре, движении и правилах трансформации. Понятия физики и её законы лежат в основе всего естествознания. Она изучает различные субстанции бытия (материю, вещество, поля) и наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
Для того чтобы обосновать вышесказанное, рассмотрим учения известного физика Ньютона о существовании абсолютного пространства и времени. В своей работе он считал, что пустота, в которой располагается Вселенная, является абсолютным пространством, а абсолютное время в нем течет равномерно. Возникает вопрос, каким образом узнать существование абсолютного пространства? В ответ на него Ньютон выдвинул предположение, что весомым доказательством может являться свет, распространяющийся в пространстве, где ему не мешает непрозрачное вещество. Если это условие выполняется, то в разных точках пространства скорость света должна быть различна, так как для каждого механического движения осуществляется преобразование Галилея.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Теоретические основы релятивистской физики
1.1 Суть и история возникновения общей теории относительности
Общая теория относительности является частью широкой физической теории относительности, сформулированной немецким физиком Альбертом Эйнштейном. Она была задумана Эйнштейном в 1916 году.
Общая теория относительности имеет дело с гравитацией, одной из фундаментальных сил во Вселенной. Гравитация определяет макроскопическое поведение, и поэтому общая теория относительности описывает крупномасштабные физические явления.
Общая теория относительности следует из принципа эквивалентности Эйнштейна: в локальном масштабе невозможно различить физические эффекты, обусловленные гравитацией, и эффекты, обусловленные ускорением. Гравитация рассматривается как геометрическое явление, возникающее из-за искривления пространства-времени.
Решение уравнений поля, описывающих общую теорию относительности, может дать ответы на различные физические ситуации, такие как динамика планет, рождение и смерть звезд, черные дыры и эволюция Вселенной. Общая теория относительности была экспериментально подтверждена наблюдениями гравитационных линз, орбиты планеты Меркурий, замедления времени в гравитационном поле Земли и гравитационных волн от сливающихся черных дыр [2].
Поподробнее поговорим о истории возникновения общей теории относительности. Поскольку закон тяготения Исаака Ньютона так хорошо служил для объяснения поведения Солнечной системы, возникает вопрос, почему необходимо было разработать новую теорию гравитации. Ответ заключается в том, что теория Ньютона нарушает специальную теорию относительности, поскольку она требует неопределенного “действия на расстоянии”, через которое любые два объекта, такие как Солнце и Земля, мгновенно притягивают друг друга, независимо от того, насколько далеко друг от друга. Однако мгновенный отклик потребовал бы, чтобы гравитационное взаимодействие распространялось с бесконечной скоростью, что исключается специальной теорией относительности.
На практике это не является большой проблемой для описания нашей солнечной системы, поскольку закон Ньютона дает правильные ответы для объектов, движущихся медленно по сравнению со светом. Тем не менее, поскольку теория Ньютона не может быть концептуально согласована со специальной теорией относительности, Эйнштейн обратился к развитию общей теории относительности как к новому способу понимания гравитации. Чтобы начать строить свою теорию, Эйнштейн ухватился за озарение, которое пришло к нему в 1907 году. Как он объяснил на лекции в 1922 году.
Он сидел на стуле в своем патентном бюро в Берне. Внезапно его осенила мысль о том, что, если бы человек падал свободно, он не чувствовал бы своего веса. Он был ошеломлен. Этот простоймысленный экспериментпроизвел на него глубокое впечатление. Это привело его к теории гравитации.

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки