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1、1最近六年的诺贝尔物理奖：最近六年的诺贝尔物理奖：2013年：年：提出了希格斯玻色子理论，提出了希格斯玻色子理论， 成功预测希格斯玻色子（又称“上帝粒子”）成功预测希格斯玻色子（又称“上帝粒子”）2008年：年：发现次原子物理的对称性自发破缺机制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。发现对称性破缺的来源。2009年：年：英国华裔科学家高锟英国华裔科学家高锟在“有关光在纤维中的在“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；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博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件电荷耦合电荷耦合
2、 器件器件 （）图像传感器而获奖（）图像传感器而获奖2010年：年：在石墨烯材料开发领域的“突破性研究”。在石墨烯材料开发领域的“突破性研究”。2011年：年：“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀” 。2012年：年：突破性的试验方法使得测量和操纵单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个量子系统成为可能2注意：注意：物理竞赛不单独考实验题物理竞赛不单独考实验题命题原则：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，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，既要考察学生对课内学过的
3、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。知识解决问题能力的原则命题。 因此，因此，命题将不拘于教学大纲，也不受教材限制，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，原则上不出专门的实验题，但注意理论联系实际，但注意理论联系实际， 不出偏题和繁琐题。不出偏题和繁琐题。 本次竞赛原则上用一套考题，本次竞赛原则上用一套考题， 但限制各组考生的做题范围但限制各组考生的做题范围（具体规定看试卷）。（具体规定看试卷）。3狭义相对论狭义相对论二二. .洛仑兹变换洛仑兹变换四四. .运动长度缩短
4、运动长度缩短五五. .动时膨胀动时膨胀六六. .狭义相对论时空效应的难点狭义相对论时空效应的难点七七. .相对论速度变换相对论速度变换八八. .狭义相对论动力学基础狭义相对论动力学基础九九. .光的多普勒效应光的多普勒效应三三. .同时性的相对性同时性的相对性本次辅导课主要内容：本次辅导课主要内容：一一. .狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理44x xvo oSS ; ; , , , autzyxP);,(autzyxP两个惯性系两个惯性系S和和S， S相对于相对于S以速度以速度沿沿 x 轴正向作匀速直线运动。轴正向作匀速直线运动。 分别在其中建立两个坐标系分别在其中建立两个坐标系oxyz
5、和和 oxyz， 对应坐标轴平行且开始计时时两坐标系原点重合。对应坐标轴平行且开始计时时两坐标系原点重合。vS中：中：S中：中：分别从分别从 S 和和 S 系考察系考察 同一物理事件同一物理事件 P 。p回顾：经典时空观回顾：经典时空观伽里略变换伽里略变换 ttzzyyvtxx经典力学时空观经典力学时空观：伽利略坐标变换伽利略坐标变换:伽利略变换伽利略变换绝对时空观绝对时空观互推互推55一一. .狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理物理定律在一切惯性系物理定律在一切惯性系中都取相同的形式。中都取相同的形式。(1)(1)狭义相对性原理狭义相对性原理-真空中的光速相对于任何真空中的光速相对于任何惯
6、性系沿任一方向恒为惯性系沿任一方向恒为c，并与光源运动无关。，并与光源运动无关。(2)(2)光速不变原理光速不变原理-6x xvo oSS ; ; , , , autzyxP);,(autzyxP在在两个惯性系两个惯性系S和和S中，中， 分别建立两个坐标系分别建立两个坐标系oxyz 和和 oxyz， 对应坐标轴平行且开始计时时两坐标系原点重合，对应坐标轴平行且开始计时时两坐标系原点重合， S相对于相对于S以速度以速度沿沿 x 轴正向轴正向作匀速直线运动。作匀速直线运动。vS系中的运动坐标：系中的运动坐标：S系中的运动坐标：系中的运动坐标：分别从分别从 S 和和 S 系系考察考察 同一物理事件同
7、一物理事件 P 。 p一一. .洛仑兹变换洛仑兹变换有何有何 关系关系 ？7)(vtxx )( 2xcvtt yy zz ) (vtxx )( 2xcvtt yy zz 洛伦兹洛伦兹正变换正变换洛伦兹洛伦兹逆变换逆变换cv 为便于记忆和书写，常写成：为便于记忆和书写，常写成：11111222 cv S系相对于系相对于S系以系以v沿沿x轴正向运动轴正向运动 也即也即S系相对于系相对于S系以系以v沿沿x轴负向运动轴负向运动8注意：注意： L变换是变换是相同对象相同对象在在两个不同惯性系两个不同惯性系中两组时空中两组时空 坐标之间的变换式！坐标之间的变换式！是不同惯性系中是不同惯性系中相同对象相同对
8、象的时、空间隔的关系的时、空间隔的关系分别在惯性系分别在惯性系S和和S中观测两个瞬时事件：中观测两个瞬时事件：)(tvxx )( 2xcvtt ) (tvxx )( 2xcvtt 两事件的时、空间隔：两事件的时、空间隔：xt , xt S中：中：S中：中：狭义相对论时空观的狭义相对论时空观的基本关系基本关系! !99相对论的时空观相对论的时空观狭义相对论狭义相对论 抛弃了绝对时空抛弃了绝对时空观观建立了洛伦兹变换建立了洛伦兹变换建立了相对论时空观建立了相对论时空观抛弃了伽利略变换抛弃了伽利略变换相对论时空观的本质：相对论时空观的本质：同时性是相对的同时性是相对的; ;长度和时间是相对的长度和时
9、间是相对的. .1010AB 某时刻从某时刻从A、 B 的的中点中点发出发出光信号光信号，当光信号到达，当光信号到达 A、B 两处时，若两处时，若A、B两处钟的指针给出同一读数，两处钟的指针给出同一读数，异地对钟的根据：异地对钟的根据：则这两个钟就对准了（即同步）则这两个钟就对准了（即同步）-同步钟同步钟。这样可把这样可把同一惯性系同一惯性系中的异地钟都校准为同步钟。中的异地钟都校准为同步钟。dOd某一惯性系中两个不同地点的时间关系，是由静止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在这两点的两个同样物理结构的同步钟同步钟给出的；给出的； 如何校准某一惯性系中静
10、止于异地的钟？如何校准某一惯性系中静止于异地的钟？光速不变原理光速不变原理异地对钟异地对钟:1111在一个惯性系中已校准的在一个惯性系中已校准的 两个钟，在其它惯性系中两个钟，在其它惯性系中 观测也一定是校准的吗？观测也一定是校准的吗？洛仑兹变换中的时间都是指已经校准好的钟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间点都有一只校准好的钟1212Einstein train:S SS: 地面参考系地面参考系在火车在火车S上上: A和和B处分别放置信号接收器处分别放置信号接收器M 发一光信号发一光信号
11、,中点中点M处处放置光信号发生器放置光信号发生器S vA B 二，同时性的相对性二，同时性的相对性以爱因斯坦火车为例以爱因斯坦火车为例(Einstein train)M 事件事件1:A收到闪光收到闪光事件事件2: B收到闪光收到闪光中中S 光速为光速为cS中事件中事件1、事件、事件2 同时发生同时发生1313S中事件中事件1、事件、事件2 不同时发生不同时发生事件事件1先发生先发生M 处闪光处闪光 光速也为光速也为c 同时性的相对性是光速不变原理的直接结果同时性的相对性是光速不变原理的直接结果 相对效应相对效应 当当v ( ) ,av bv cv dv 58例题：例题：一遥远的河外星系以很高的速率离地球退行而去，一遥远的河外星系以很高的速率离地球退行而去，其光其光谱线发生红移谱线发生红移, ,与固有频率与固有频率v0相对应的波长为相对应的波长为 0 0= = 434nm谱线，谱线，地面上观测记录的该谱线的波长地面上观测记录的该谱线的波长 = =600nm. .试求此河外星系的退行速率试求此河外星系的退行速率u。河外星系河外星系地球地球退行速率退行速率u解：解： 由多普勒效应的频移公式由多普勒效应的频移公式(远离远离 , )：11 0 vv 00, cc /1/111 00 cucu 代入数据求得：代入数据求得： u=0.31c0.93108m/s
