物理竞赛辅导 近代物理

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1、最近六年的诺贝尔物理奖：2008年：发现次原子物理的对称性自发破缺机制;发现对称性破缺的来源。2009年：英国华裔科学家高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就获奖；博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件——电荷耦合器件（ＣＣＤ）图像传感器而获奖2010年：在石墨烯材料开发领域的“突破性研究”。2011年：“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”。2012年：突破性的试验方法使得测量和操纵单个量子系统成为可能2013年：提出了希格斯玻色子理论，成功预测希格斯玻色子（又称“上帝粒

2、子”）1注意：物理竞赛不单独考实验题．命题原则：竞赛将按照有利于教学改革，有利于提高学生能力，既要考察学生对课内学过的基础知识的掌握，又要考察学生自学能力、独立工作能力和灵活运用知识解决问题能力的原则命题。因此，命题将不拘于教学大纲，也不受教材限制，原则上不出专门的实验题，但注意理论联系实际，不出偏题和繁琐题。本次竞赛原则上用一套考题，但限制各组考生的做题范围（具体规定看试卷）。2本次辅导课主要内容：狭义相对论一.狭义相对论基本原理二.洛仑兹变换三.同时性的相对性四.运动长度缩短五.动时膨胀六.狭

3、义相对论时空效应的难点七.相对论速度变换八.狭义相对论动力学基础九.光的多普勒效应3回顾：经典时空观——伽里略变换两个惯性系S和S’，S’相对于S以速度v沿x轴正向作匀速直线运动。分别在其中建立两个坐标系oxyz和o’x’y’z’，对应坐标轴平行且开始计时时两坐标系原点重合。分别从S和S’系考察同一物理事件P。SS’pS中：P(x,y,z,t;u;a)S’中：Px',y',z',t';u';a'v经典力学时空观：xxvtoo'xx'yy伽利略坐标变换:zz互

4、推4tt伽利略变换绝对时空观4一.狭义相对论基本原理(1)狭义相对性原理---物理定律在一切惯性系中都取相同的形式。(2)光速不变原理---真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为c，并与光源运动无关。55一.洛仑兹变换在两个惯性系S和S’中，分别建立两个坐标系oxyz和o’x’y’z’，对应坐标轴平行且开始计时时两坐标系原点重合，S’相对于S以速度v沿x轴正向作匀速直线运动。分别从S和S’系考察同一物理事件P。SS’pS系中的运动坐标：vP(x,y,z,t;u;a)有何S’系中

5、的运动坐标：关系oo'xx'Px',y',z',t';u';a'？6为便于记忆和书写，常写成：洛伦兹正变换洛伦兹逆变换x(xvt)x(xvt')yyyyzzzzvvt(tx)t(tx)22cc11v1122cv12cS’系相对于S系以v沿x轴正向运动也即S系相对于S’系以v沿x轴负向运动7注意：L变换是相同对象在两个不同惯性系中两组时空坐标之间的变换式！分别在惯性系S和S’中观测两个瞬时事件：两事件的时、空间隔：S中：t

6、,xS’中：t',x'x(xvt)x(xvt')vvt(tx)t(tx)22cc是不同惯性系中相同对象的时、空间隔的关系8狭义相对论时空观的基本关系!相对论的时空观狭义相对论抛弃了绝对时空观抛弃了伽利略变换建立了相对论时空观建立了洛伦兹变换相对论时空观的本质：同时性是相对的;长度和时间是相对的.99异地对钟:某一惯性系中两个不同地点的时间关系，是由静止在这两点的两个同样物理结构的同步钟给出的；如何校准某一惯性系中静止于异地的钟

7、？ddAOB某时刻从A、B的中点发出光信号，当光信号到达A、B两处时，若A、B两处钟的指针给出同一读数，则这两个钟就对准了（即同步）---同步钟。异地对钟的根据：光速不变原理10这样可把同一惯性系中的异地钟都校准为同步钟。10洛仑兹变换中的时间都是指已经校准好的钟所指示的时间，并且假定在惯性系中每个空间点都有一只校准好的钟．在一个惯性系中已校准的两个钟，在其它惯性系中观测也一定是校准的吗？1111二，同时性的相对性以爱因斯坦火车为例(Einsteintrain)SSS:Einsteintrai

8、nvS:地面参考系在火车S’上:AMBA’和B’处分别放置信号接收器中点M’处放置光信号发生器M发一光信号,光速为c事件1:A’收到闪光事件2:B’收到闪光12S中S’中事件1、事件2同时发生12在地面参考系S中:SSM处闪光光速也为cvA’B’随S’相对于S运动A’迎着光运动,AMBB’背着光运动,A’比B’早接收到光信号S中事件1、事件2不同时发生事件1先发生讨论结论：按狭义相对论,同时性是相对的！同时性的相对性是光速不变原理的直接结果相对效应13当