Thuyet tuong doi hep 212239

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ Giảng viên hướng dẫn: TSKH Lê Văn Hoàng Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Kiều Oanh Võ Thiện Tâm Phạm Thị Hồng Tâm Nguyễn Bá Phước Tân Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 – năm 2009 Mục Lục Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” A GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng PHẦN 1:MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài: II Đối tượng nghiên cứu: III Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu: Nhiệm vụ nghiên cứu: IV Phạm vi nghiên cứu: V Phương pháp nghiên cứu: VI Kế hoạch nghiên cứu: VII Cấu trúc đề tài: B PHẤN 2: NỘI DUNG B.1 Chương I:Cơ sở lí luận đề tài: I GALILEO (GALILEAN TRANSFORMATION) Hệ qui chiếu- Hệ tọa độ Phép biến đổi Galileo II THUYẾT TƯƠNG ÐỐI HẸP (SPECIAL RELATIVITY) 11 Những sở thực nghiệm 11 Thí nghiệm Michalson-Morley 12 Thí nghiệm Sitter quan sát hệ đôi 14 Thuyết tương đối hẹp Einstein 15 III TÍNH ÐỒNG BỘ (SYNCHRONIZATION) 16 Sự chậm lại thời gian (TIME DILATION) 17 Trang Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Sự không đồng thời gian 20 IV ÐỘ DÀI TRONG HỆ QUI CHIẾU CHUYỂN ÐỘNG 21 Ðộ dài theo phương chuyển động .21 Ðộ dài vng góc với phương chuyển động : 23 V PHÉP BIẾN ÐỔI LORENTZ ( LORENTZ TRANSFORMATION) .24 Công thức Lorentz biến đổi toạ độ .24 Công thức biến đổi LORENTZ vận tốc (LORENTZ VELOCITY TRANSFORMATION) 27 Giải thích thí nghiệm Fizeau cơng thức biến đổi Lorentz .28 Hệ qủa: .30 VI a Sự trễ thời gian 30 b Sự co lại khỏang cách: 31 c Công thức không đồng 32 Kiểm nghiệm lí thuyết tương đối hẹp: 32 Hạt Myon, “nhân chứng” thuyết tương đối hẹp 32 B.2 Chương II:Giải số vấn đề 36 I Vấn đề 1:giải thích trực quan thuyết tương đối hẹp thí nghiệm lí thuyết Einstein 36 II Vấn đề 2:Chuyển động phải tương đối? 39 III Vấn đề 3: Nghịch lí anh em sinh đơi 42 IV Vấn đề 4: E=mc2 .49 V Câu hỏi trắc nghiệm: 50 C PHẦN 3:KẾT LUẬN 53 Trang Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” D GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng TÀI LIỆU THAM KHẢO: 54 Trang Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng A PHẦN 1:MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài: Thế giới vật chất tồn tại,vận động không gian thời gian Các q trình vật lí q trình vật chất xảy khơng gian thời gian, nên lý thuyết vật lí gắn liền với khái niệm không gian, thời gian lịch sử phát triển Thế kỉ 20 tiếp cận với chuyển động có vận tốc lớn, người ta thấy học Newton khơng cịn thích hợp Từ người ta đặt vấn đề xem xét lại khái niệm không gian thời gian Và từ đó, thuyết tương đối Einstein đời, đánh dấu đời vật lí học đại Thuyết tương đối liên quan đến ngành vật lí, gắn với Động lực học vì:  Thuyết tương đối hẹp đời từ khó khăn điện động lực học, ví dụ thí nghiệm đo vận tốc ánh sáng Sau người ta thấy hệ phương trình Maxwell tiềm ẩn lý thuyết tương đối hẹp Cụ thể hệ phương trình Maxwell bất biến qua phép biến đổi Lorentz phép biến đổi Galile  Điện động lực học khoa học điện từ trường, vận tốc lan truyền vận tốc ánh sáng Chính khơng thể áp dụng học Newton vào điện động lực học Chính học điện động lực học phải học song hành với lý thuyết tương đối hẹp  Suốt nửa kỷ từ Maxwell viết hệ phương trình điện động lực học nhà khoa học khơng thể hiểu tin vào ê-te mơi trường truyền ánh sáng Thậm chí Lorentz viết phép biến đổi 1904 lý giải thuộc tính ê-te Puancare tìm hệ thức E=mc từ 1900 nghiên Trang Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng cứu điện động lực học Einstein hệ thống hóa lại thành lý thuyết tương đối hẹp thứ điện động lực học sáng tỏ Chính điện động lực học lý thuyết tương đối hẹp cần phải học với Với mục đích tìm hiểu rõ mối tương quan Điện động lực học Thuyết tương đối hẹp, qua xây dựng khả đón nhận ý tưởng lớn thuyết tương đối hẹp, mà nhóm tơi định chọn đề tài:”THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP” II Đối tượng nghiên cứu:  Thuyết tương đối hẹp giải câu hỏi: “Chuyển động phải tương đối?”  So sánh nguyên lí Galileo nguyên lí tương đối Einstein  Phép biến đổi Lorentz III Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu:  Trang bị cho thân nội dung thuyết tương đối hẹp  So sáng nội dung lí thuyết, áp dụng thực tế  Hiểu rõ phép biến đổi Lorentz  Nắm điểm giống khác nguyên lí Galileo nguyên lí tương đối Einstein Nhiệm vụ nghiên cứu:  Tìm hiểu nội dung thuyết tương đối hẹp,phép biến đổi Lorentz, nguyên lí Galileo, nguyên lí tương đối Einstein Trang Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” GVHD: TSKH Lê Văn Hồng  Sưu tầm, trình bày giải số vấn đề để thấy ý tưởng lớn thuyết tương đối hẹp IV Phạm vi nghiên cứu: Các vấn đề học Newton, thuyết tương đối hẹp, điện động lực học, phép biến đổi Lorentz V Phương pháp nghiên cứu:  Phương pháp đọc sách nghiên cứu tài liệu  Phương pháp nghiên cứu tổng hợp lí thuyết  Phương pháp thảo luận nhóm VI Kế hoạch nghiên cứu:  Trong nhóm thảo luận thực đề tài hồn chỉnh  Sau hồn thành đề tài, nhóm trình bày trước lớp Giáo viên bạn lớp đóng góp ý kiến xây dựng cho đề tài  Nếu đề tài hay tiến xa VII Cấu trúc đề tài: Phần 1:Mở đầu I II Lí chọn đề tài Đối tượng nghiên cứu III Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu IV Phạm vi nghiên cứu V VI Phương pháp nghiên cứu Kế hoạch nghiên cứu Trang Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” VII GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Cấu trúc đề tài Phần 2:Nội dung Chương I:Cơ sở lí luận đề tài Chương II:Giải số vấn đề Phần 3:Kết luận Trang Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng B PHẤN 2: NỘI DUNG B.1 Chương I:Cơ sở lí luận đề tài: Khi nghiên cứu vật thể chuyển động với vận tốc lớn gần với vận tốc ánh sáng, người ta thấy học cổ điển Newton khơng cịn thích hợp Do cần thiết phải xem lại khái niệm không gian thời gian Việc xem xét nầy thực thuyết tương đối I GALILEO (GALILEAN TRANSFORMATION) Hệ qui chiếu- Hệ tọa độ Muốn xác định vị trí chất điểm khơng gian ta phải biết vị trí tương đối chúng so với vật thể làm móc gọi hệ qui chiếu Hệ qui chiếu gắn lên hệ trục tọa độ Ví dụ hệ trục toạ độ Descartes trục vng góc chẳng hạn, điểm đặt trưng tập hợp ba số (x,y,z) ta gọi tọa độ điểm cho Theo thời gian, điểm dịch chuyển cần phải bổ sung thêm (tọa độ thời gian) để hình thành khái niệm kiện Sự kiện tượng mà xác định tọa độ (x,y,z,t) Ðó tọa độ điểm vũ trụ (một kiện) không gian chiều Một tập hợp kiện xảy liên tục tạo thành đường vũ trụ Hệ qui chiếu gắn lên vật tự gọi hệ qui chiếu quán tính Các hệ qui chiếu qn tính chuyển động tương Khái niệm chuyển động đứng yên có tính chất tương đối Tính bất biến (Invariant): Khi chuyển từ hệ qui chiếu quán tính S sang hệ qui chiếu quán tính S hay ngược lại, đại lượng vật lý khơng đổi ta gọi Trang Nhóm 13: Đề tài ”Thuyết Tương Đối Hẹp” GVHD: TSKH Lê Văn Hồng đại lượng bất biến (Inv) phép chuyển đổi Nếu phương trình đồng dạng phép chuyển đổi ta gọi phương trình phương trình hiệp biến phép chuyển đổi Phép biến đổi Galileo Trang 10