Тема. Швидкість світла
Мета уроку: ознайомити учнів з астрономічним і лабораторним ме-тодами вимірювання швидкості світла, пояснити суть сталості швидкості світла у вакуумі.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань 5 хв: 1. Принцип відносності Галілея.2. Закон додавання швидкостей Галілея.3. Постулати спеціальної теорії відносності
Демонстрації 7 хв Відеофрагмент «Обчислення швидкості світла»
Вивчення нового матеріалу28 хв:
1. Досліди Галілея.
2. Астрономічний метод вимірювання швидко-сті світла.
3. Лабораторні методи вимірювання швидкості світла.
4. Сталість швидкості світла у вакуумі
Закріплення вивченого матеріалу 5 хв
Контрольні запитання
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Досліди Галілея
Перші спроби виміряти швидкість світла здійснив Галілей. Він застосував метод «оптичного затвора», що був покладений в основу наступних методів вимірювання швидкості світла. Ідея досліду Галілея полягала в такому: два спостерігачі пере-бували на значній відстані один від одного; вони домовилися, що коли перший спостерігач відкриє ліхтар і світло дійде до другого спостерігача, то останній відкриє свій ліхтар і світло від нього ді-йде до першого спостерігача. Довести, що світло має кінцеву швид-кість поширення, не вдалося, тому що за часів Галілея не було способів вимірювання малих проміжків часу (порядку однієї мікросекунди). Схема досліду, запропонована Галілеєм, у своїй принциповій частині збігається з усіма наступними прямими вимірюваннями швидкості поширення світла.
2. Астрономічний метод вимірювання швидкості світла.
Швидкість світла вперше вдалося виміряти датському вченому-астроному Олофу Ремеру в 1676 р. Ремер спостерігав затемнення супутників Юпітера. Найближчий його супутник — Іо — став предметом спостережень Ремера. Учений бачив, як супутник проходив перед планетою, а потім поринав у її тінь і зникав з очей. Потім він знову з’являвся, ніби лампа, що миттєво спалахує. Проміжок часу між двома спалахами дорівнював 42 год 28 хв. Однак для земного спостерігача, який обертається разом із Землею навколо Сонця, за-темнення супутника Юпітера запізнювалося. Найбільше запізню-вання в настанні затемнення становило 996 с. Це додатковий час, потрібний світлу, щоб пройти відстань, що дорівнює діаметру земної орбіти.
Слід відзначити: Ремер першим довів, що швидкість світла, хоча й велика, але все-таки кінцева. Утім, сам Ремер унаслідок не-достатньої точності вимірювань і неточного знання радіуса орбіти Землі отримав для швидкості світла значення 215 000 км/с.Відкриття Ремера підтвердило вчення Коперніка про рух Землі.
3. Лабораторні методи вимірювання швидкості світла.
Уперше швидкість світла лабораторним методом удалося вимі-ряти французькому фізику І. Фізо в 1849 р. У його дослідах було отримано значення швидкості світла 313 000 км/с.Було розроблено багато інших, більш точних лабораторних ме-тодів вимірювання швидкості світла. Зокрема, американський фізик А. Майкельсон розробив досконалий метод вимірювання швидкості світла із застосуванням обертових дзеркал.Було визначено швидкість у різних прозорих речовинах. Швидкість світла у воді виміряли в 1856 р. Вона виявилася в 4/3 рази менша, ніж у вакуумі. У всіх інших речовинах вона також менша, ніж у вакуумі.За сучасним даними, швидкість світла у вакуумі дорівнює 299 792 458 м/с. Приблизно можна вважати, що швидкість світла до-рівнює 83 10? м/с.Майкельсон писав: «Те, що швидкість світла є категорією, не-доступною людській уяві, і що, з іншого боку, її можливо виміряти з надзвичайною точністю, робить її визначення однією з найбільцікавих проблем, з якими може зіштовхнутися дослідник».
4. Сталість швидкості світла у вакуумі
З розділу механіки відомо, що швидкість — величина відносна, залежна від вибору системи відліку. Майкельсон спробував довести, що в природі існує одна-єдина швидкість, що не залежить від системи відліку; швидкість, однакова в усіх інерціальних системах відліку, — це швидкість світла у вакуумі, що дорівнює 83 10? м/с.Для доведення того положення, що швидкість світла не зале-жить від руху джерела, служать спостереження над подвійними зорями й дослід із порівняння швидкостей світла, що надходить на Землю від протилежних країв сонячного диска.
Швидкість світла — величина абсолютна, інваріантна від-носно всіх інерціальних систем відліку й не залежить від руху джерела та спостерігача.
Запитання до учнів під час викладу нового матеріалу
1. Що називають системою відліку? Які системи відліку назива-ють інерціальними?
2. Чому Галілею не вдалося визначити швидкість світла?
3. Чи залежить швидкість світла у вакуумі від швидкості джерела або спостерігача?
4. Чи можна поставити дослід із визначення швидкості світла в одному напрямку? Які в цьому випадку виникають принци-пові труднощі?
5. Яка гіпотеза приймається в разі експериментального визначен-ня швидкості світла відомими у фізиці методами?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
Контрольні запитання.
1. Скільки часу світло йде від Сонця до Землі?.
2. Від найближчої зорі (Альфа Центавра) світло доходить до Землі за 4,3 роки. Яка відстань до зорі? Оцініть відстані (у км), які світло проходить за 1 хв, 1 год, 1 рік, приймаючи в розрахун-ках, що швидкість світла — 83 10? м/с.
Про що ми дізналися на уроці
1. За сучасним даними, швидкість світла у вакуумі приблизно до-рівнює 83 10? м/с.
2. Швидкість світла — величина абсолютна, інваріантна відносно всіх інерціальних систем відліку й не залежить від руху джере-ла і спостерігача.
Домашнє завдання