Елементи теорії відносності
Закон взаємозв’язку енергії і маси

Навіть у стані спокою тіло має енергію, яка називається енергією спокою і дорівнює , де c — швидкість світла у вакуумі.

Енергія спокою відрізняється від класичної енергії ( чи ) і є невід’ємною характеристикою тіла (чи частинки) незмінної маси.

Використовуючи сайт ви погоджуєтесь з правилами користування

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Ми приєднуємось до закону про авторське право в цифрову епоху DMCA прийнятим за основу взаємовідносин в площині вирішення питань авторських прав в мережі Інтернет. Тому підтримуємо загальновживаний механізм “повідомлення-видалення” для об’єктів авторського права і завжди йдемо на зустріч правовласникам.

Копіюючи матеріали во повинні узгодити можливість їх використання з авторами. Наш сайт не несе відподвідальність за копіювання матеріалів нашими користувачами.

УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 10 клас

2. Чи можна виявити зміну маси в разі зміни енергії тіла?

3. Швидкість світла — гранична швидкість

Закріплення вивченого матеріалу

1. Тренуємося розв’язувати задачі.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Повна енергія тіла, що рухається вільно

У класичній фізиці кінетична енергія тіла, що рухається, обчислюється за формулою:

Енергія ж тіла в стані спокою, вважається такою, що дорівнює нулю.

Енергія тіла в релятивістській механіці записується так:

Розглянемо, який вигляд має ця формула, якщо швидкість тіла у багато разів менша за швидкість світла с. У такому випадку можна показати, що:

тому формула для енергії набуває вигляду:

де Е — повна енергія тіла; Е0 = mс2 — власна енергія тіла або його енергія спокою; — кінетична енергія.

Ø Співвідношення Е0 = mс2 називають формулою Ейнштейна.

Це, мабуть, найвідоміша формула у фізиці — вона є ніби символом фізики XX ст. З неї випливає, що навіть тіло, яке перебуває в стані спокою, має енергію вже внаслідок того, що в тіла є маса. Сам Ейнштейн описав це так: «Маса тіла є мірою енергії, що міститься в ньому».

З формули Е0 = mс2 випливає, що в разі зміни маси тіла на Am виділяється енергія

Цей висновок справді підтвердився в ядерних реакціях: наприклад, на атомних станціях енергію отримують у результаті розподілів ядер Урану. При цьому сумарна маса продуктів реакції менша за масу ядра Урану, лише на соті часток відсотка.

Якщо припустити, що енергія тіла змінюється на ΔЕ, то маса змінюється на величину Δm:

Але не можна трактувати цю формулу як перехід маси в енергію, тому що енергія й маса — дві фізичні величини, які характеризують різні властивості тіла.

2. Чи можна виявити зміну маси в разі зміни енергії тіла?

Навіть найточнішими вимірюваннями ми не можемо виявити зміну маси. Справа в тому, що маса й енергія пов’язані формулою тобто навіть за незначної зміни маси зміна енергії буде чималою.

Неважко підрахувати, що енергія, яка міститься в тілі, величезна. Так, енергія спокою тіла масою лише 1 г дорівнює:

Така енергія виділяється внаслідок спалювання приблизно З 000 т вугілля — це навантажений потяг завдовжки близько 1 км.

З іншого боку, 1 Дж енергії еквівалентний незначній масі 10-17 кг. Наприклад, у процесі нагрівання 3 л води від кімнатної температури до температури кипіння води, маса води (якщо вода не випаровується) збільшується лише на одну стомільйонну частку грама.

3. Швидкість світла — гранична швидкість

Що ж відбувається з енергією тіла, коли його швидкість наближається до швидкості світла?

З формули виливає, що за умови —> с енергія тіла прямує до безкінечності. А це означає, що тіло не зможе досягти швидкості світла. Отже, швидкість світла є граничною швидкістю:

Ø жодне тіло, що має масу, не може рухатися зі швидкістю світла.

Запитання до учнів під час викладу нового матеріалу

1. Чим відрізняються формули кінетичної енергії тіла в класичній та в релятивістській механіці?

2. Чому нагрівання тіла призводить до збільшення його маси?

3. Чому в разі нагрівання тіла не вдається виявити на досліді збільшення його маси?

4. Чому єдиний закон збереження маси-енергії подається в класичній механіці у формі двох законів збереження: маси й енергії?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Тренуємося розв’язувати задачі

1. Порівняйте енергію, що виділяється внаслідок зміни маси тіла на 1 кг і в результаті згоряння 1 кг бензину.

2. 1 г води передали 100 Дж теплоти. На скільки збільшилася маса води? Звідки береться додаткова маса?

3. На скільки змінюється маса 1 кг льоду в результаті плавлення?

4. Обчисліть кінетичну енергію електрона, що рухається зі швидкістю 0,6с.

1. Чи зміниться маса пружини, якщо її:

2. Чи може електрон у якому-небудь середовищі рухатися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в цьому середовищі?

✵ Формула Ейнштейна: Е0 = mс2.

✵ У разі зміни маси тіла на Am виділяється енергія

✵ Швидкість світла є граничною швидкістю: жодне тіло, що має масу, не може рухатися зі швидкістю світла.

Контрольна робота “Оптика”

Який вигляд має формула взаємозв’язку маси й енергії?

Незаряджену цинкову пластину освітлюють світлом електричної дуги. Яким буде результат досліду?

а) пластина залишається електронейтральною

б) пластина зарядиться позитивним зарядом

в) пластина зарядиться негативним зарядом

г) правильної відповіді немає

Що таке червона межа фотоефекту?

а) це найбільша довжина світлової хвилі, за якої фотоефект відбувається, але вибитим елетронам кінетична енергія не надається

б) це найбільша частота світла, за якої фотоефект ще відбувається, але вибитим електронам кінетична енергія не надається

в) це найменша енергія фотона, здатного викликати явище фотоефекту

Яка величина є однаковою в будь-якій інерціальній системі відліку?

г) швидкість тіла в вакуумі

Де використовується внутрішній фотоефект? Вказати неправильну відповідь.

б) у напівпровідникових фотоелементах

в) у вакуумних фотоелементах

Червона межа фотоефекту для пластини – 233,3 нм. Чи спостерігатиметься фотоефект при освітленні платини світлом з частотою 5,4 ⋅10 14 Гц?

Визначити енергію спокою тіла масою 1 кг.

Визначити максимальну швидкість електронів вибитих із цезію фіолетовим світлом з довжиною хвилі 400нм, якщо робота виходу електронів з нього 1,89 еВ.

правильної відповіді немає

Фотони ультрафіолетового випромінювання з енергією 14 еВ вибивають електрони із золотої пластини. Визначити максимальний імпульс, який передається пластині внаслідок вилітання кожного електрона. Робота виходу електрона із золота 4,58 еВ.

Створюйте онлайн-тести
для контролю знань і залучення учнів
до активної роботи у класі та вдома