Chuyên đề vật lí hiện đại

Chuyên đề Vật lí đại MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………… NỘI DUNG…………………………………………………………………………… PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ………………….…………………………… PHẦN 2: BÀI TẬP VÍ DỤ………………………….……………… ……………29 PHẦN 3: BÀI TẬP TỰ LUYỆN…………………………………………… 34 KẾT LUẬN ………… ……………… ………………………………………… 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………….…………………………… 44 MÃ L19 Trang Chuyên đề Vật lí đại MỞ ĐẨU I Lí chọn đề tài: Trong giảng dạy vật lý, việc giải toán khó, khó, việc hướng dẫn học sinh tìm mối liên hệ hướng dẫn giải tập hướng dẫn giải tập khó khó nhiều thực trình sáng tạo Chính lý đó, tìm cách hướng dẫn học sinh quen với việc phát triển tập từ tập gốc Thời gian gần đây, dạng toán thuyết tương đối thường xuất đề thi học sinh giỏi quốc gia Đây loại tập vật lý khó, đòi hỏi học sinh phải hiểu sâu lí thuyết Khi giải toán thuyết tương đối, học sinh thường gặp khó khăn lý sau : + Tài liệu tham khảo viết chuyên đề + Phần bố trí giảng dạy gần cuối lớp 12 với kiến thức chọn lọc Tuy nhiên, kiến thức giáo khoa chưa thể đáp ứng yêu cầu bồi dưỡng học sinh khiếu phục vụ cho thi HSG Nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy giáo viên nghiên cứu học sinh kì thi HSG cấp, viết chuyên đề “Vật lí đại” khía cạnh kinh nghiệm thân trình bày cho đồng nghiệp tham khảo bổ sung để hoàn thiện vận dụng giải toán thuyết tương đối cách thống xuyên suốt, tạo điều kiện tốt để đối tượng học sinh giỏi vận dụng Trong chuyên đề đưa hai chủ đề chính: Chủ đề I kiểu toán học tương đối tính Chủ đề II hiệu ứng Doppler tương đối tính nhằm phục vụ luyện thi HSG cấp Tỉnh - Quốc gia II Mục tiêu đề tài: Xây dựng hệ thống lý thuyết dạng tập thuyết tương đối nhằm phục vụ cho việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi cấp Tỉnh – Quốc gia III Phạm vi áp dụng: Áp dụng cho việc bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi vật lý thi vòng tỉnh vòng quốc gia Trang Chuyên đề Vật lí đại NỘI DUNG Nội dung chuyên đề gồm phần sau: - Cơ sở lý thuyết - Bài tập ví dụ - Bài tập tự giải PHẦN I: CƠ SỞ LÍ THUYẾT SƠ BỘ KIẾN THỨC VỀ CƠ HỌC TƯƠNG ĐỐI TÍNH I GIỚI HẠN ỨNG DỤNG CỦA CƠ HỌC CỔ ĐIỂN NEWTON Cơ học Newton, hay gọi học cổ điển, chiếm vị trí quan trọng phát triển vật lý học cổ điển Tuy nhiên, nghiên cứu vật (các hạt vi mô) chuyển động với vận tốc lớn so sánh với vận tốc ánh sáng chân không người ta thấy học Newton không thích hợp Theo học cổ điển, tương tác điểm phụ thuộc vào khoảng cách tương đối chúng Khi chất điểm dịch chuyển chất điểm chịu ảnh hưởng Như tương tác truyền tức thời vận tốc truyền tương tác khoảng cách hai chất điểm chia cho Δt ≈ vô lớn Song, tự nhiên không tồn tương tác xảy tức thời Khi chất điểm có xảy thay đổi thay đổi ảnh hưởng lên chất điểm khác sau khoảng thời gian Δt xác định ( Δ t > 0) vận tốc truyền tương tác có giá trị hữu hạn Vào cuối kỷ 19 đầu kỷ 20, từ kiện thực nghiệm người ta nhận thấy rằng: vận tốc truyền tương tác có giá trị hữu hạn hệ qui chiếu quán tính Như vận tốc truyền tương tác có giá trị số phổ biến Thực nghiệm chứng tỏ vận tốc không đổi cực đại vận tốc lan truyền ánh sáng chân không Do đó, vận tốc truyền tương tác không đổi gọi vận tốc ánh sáng chân không kí hiệu chữ c, có độ lớn: c = 2,99793.108 m/s ≈ 3.108 m/s Như vậy, quan niệm vận tốc truyền tương tác vô lớn học Newton không Thừa nhận vận tốc ánh sáng chân không với hệ qui chiếu quán tính c giải thích kết thí nghiệm đo vận tốc ánh sáng lại mâu thuẫn với công thức tổng hợp vận tốc Galileo Trang Chuyên đề Vật lí đại Thực vậy, giả sử hệ quán tính K/ chuyển động so với hệ quán tính K với vận tốc không đổi V dọc theo trục x Theo học cổ điển ánh sáng phát hệ K/ c hệ K c + V khác với c Nhưng nói trên, độ lớn vận tốc ánh sáng hệ quán tính K K/ luôn c Như vậy, công thức tổng hợp vận tốc Galilê hạt chuyển động với vận tốc lớn so sánh với vận tốc ánh sáng chân không không Chú ý công thức tổng hợp vận tốc Galilê xây dựng sở thừa ! nhận t = t’ r = r ' + v t Do thừa nhận dẫn đến mâu thuẫn nói Để xây dựng lý thuyết thỏa mãn điều kiện độ lớn vận tốc ánh sáng chân không ! ! hệ qui chiếu quán tính phải coi t/ ≠ t r ≠ r ' + v t Môn học nghiên cứu chuyển động vật thể có vận tốc lớn so sánh với vận tốc ánh sáng chân không coi t/ ≠ t gọi môn học tương đối tính hay thuyết tương đối hẹp Einstein môn học Cơ học cổ điển Newton trường hợp giới hạn học tương đối tính vận tốc chất điểm bé so với vận tốc ánh sáng chân không Cuối cần lưu ý rằng, mặt nội dung, thuyết tương đối lý thuyết chung cho tất môn vật lý, gồm hai phần: Phần thuyết tương đối hẹp nghiên cứu hệ qui chiếu quán tính, phần thuyết tương đối rộng nghiên cứu hệ qui chiếu không quán tính (lý thuyết trường hấp dẫn) CƠ HỌC CỔ ĐIÊN CƠ HỌC TƯƠNG ĐỐI (NEW TON) TÍNH v>> v lớn Δt ≠ v ≤ c (v hữu hạn) - Thời gian tương tác- Vận Δt ≈ , tốc truyền tương tác vận tốc ánh sáng r r - Quan hệ r , r ' ! r = r' + vt - Thời gian t t’ hai t = t’ ! ! r ≠ r' + vt t/ ≠ t hệ qui chiếu K, K’ - Không gian thời gian Không gian thời gian t Không gian thời gian r r ( x, y, z ) độc lập gắn liền gọi không thời r gian r ( x, y, z, −ict ) độc lập Trang Chuyên đề Vật lí đại II LÝ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI THỰC CHẤT LÀ GÌ? CÁCH NGHIÊN CỨU NHƯ THẾ NÀO? Lý thuyết tương đối, lý thuyết xem tuyệt đẹp chất không gian thời gian Lý thuyết đứng vững qua nhiều thử thách thực nghiệm suốt 10 thập kỷ (1905) Nó vững đến mức kết thực nghiệm đưa mà mâu thuẫn với lý thuyết tương đối nhà Vật lý khắp nơi kết luận phải có không thí nghiệm Lý thuyết tương đối (LTTĐ) vấn đề khó người không nghiên cứu Đó khó hiểu phức tạp toán học Cái khó tập trung chỗ LTTĐ buộc phải kiểm tra lại cách có phê phán ý tưởng không gian thời gian Mặt khác kinh nghiệm thường ngày bị hạn chế dừng lại kiện, tượng diễn với vận tốc bé, đồng thời quan niệm không gian thời gian bị rập khuôn hạn chế Để nghiên cứu LTTĐ cách hiệu ta nên chấp nhận tạm thời hai tiên đề (TĐ1 TĐ2) mà không phê phán Tất nhiên nghi ngờ phát biểu vật lý thái độ đáng trọng, trường hợp để dễ dàng tiếp cận ta nên: + Tạm chấp nhận tiên đề Einstein + Xét hệ suy từ tiên đề + Xét phù hợp hoàn toàn hệ với thực nghiệm + Sau xét xem tính hiệu tiên đề vẻ đẹp Theo trình tự ấy, làm chủ tư tưởng LTTĐ III CÁC ĐỊNH ĐỀ VỀ TƯƠNG ĐỐI TÍNH Thuyết tương đối Galilê (Galileo): Những định luật học hoàn toàn giống hệ qui chiếu quán tính Theo AnhxTanh (Enstein): *Tiên đề 1: Những định luật vật lý hoàn toàn giống người quan sát hệ qui chiếu quán tính, hệ ưu tiên hệ TĐ1 không nói giá trị đo tất đại lượng vật lý cho quan sát viên quán tính HQC quán tính Chỉ có định luật vật lý liên hệ số đo với nhau, phương trình thuộc HQC mô tả dạng toán học Trang Chuyên đề Vật lí đại *Tiên đề 2: Vận tốc ánh sáng chân giá trị c theo phương hệ qui chiếu quán tính Suy ra: Mọi thực thể mang khối lượng, lượng hay thông tin có vận tốc vượt giới hạn ấy(giá trị c) Tiên đề kiểm tra trực tiếp thí nghiệm xác + Vào năm 1964 Wbertozzi tiến hành thí nghiệm: Ông gia tốc êlectrôn động tăng tới giá trị lớn vận tốc không tăng cách tương ứng cho dù vận tốc êlectrôn : v = 0,999999995c gần đạt c v nhỏ c + “Nguồn sáng” hạt pion trung hòa ( π ) hạt không bền, có thời gian sống ngắn tạo thành va chạm máy gia tốc Nó phân rã thành tia gamma: π = γ +γ Các tia γ phận phổ sóng điện từ nên tuân theo TĐ2 Năm 1964 nhà Vật lý CERN (phòng thí nghiệm hạt Châu Âu đặt gần Genêve) gia tốc chùm hạt piôn chuyển động với vận tốc v = 0,99975c đối PNT Các nhà thực nghiệm tiến hành đo vận tốc tia γ vận tốc tia γ phát π đứng π chuyển động nhanh xạ ra, kết yên phân rã, hay π chuyển động với vận tốc nói phân rã VD: Một e- gia tốc máy gia tốc tuyến tính (Stanford- Mỹ) đến động K = 20 GeV vận tốc v = 0,99999999967c Nếu eấy chạy đua với xung ánh sáng đến gần thuộc chòm nhân mã (Proxima centauri) hệ Mặt Trời cách 4,3 năm ánh sáng xung ánh sáng nhanh giây? Nếu L khoảng cách đến hiệu thời gian e- xung ánh sáng: L L L v − = (1 − ) v c c c 16 4.10 m = (1 − 0,99999999967) = 0,044( s) = 44(ms) 3.108 Δt = IV ĐO MỘT BIẾN CỐ Trang Chuyên đề Vật lí đại - Biến cố xảy mà người quan sát gán cho ba tọa độ không gian tọa độ thời gian A (x, y, z, t) hệ qui chiếu quán tính K xác định, hay tọa độ không gian thời gian khác (x/, y/, z/, t/) hệ qui chiếu quán tính K’ Trong thuyết tương đối Galileo t’=t thuyết tương đối Enstein t/ ≠ t Các tọa độ không gian xác định vị trí xảy biến cố, tọa độ thời gian đo đồng hồ đặt vị trí xảy biến cố - Đồng hồ đồng bộ: Tại gốc tọa độ t = quan sát viên phát tín hiệu ánh sáng người thứ gốc tọa độ chỉnh đồng hồ A số không Khi người thứ hai cách gốc tọa độ r nhận tín hiệu sáng chỉnh đồng hồ B số t = r Ta nói hai đồng hồ c A B đồng - Các biến cố đồng thời: Giả sử người quan sát A hệ quán tính K ghi nhận biến cố độc lập R (biến cố đỏ) B (biến cố xanh) xảy thời gian Giả sử quan sát viên C hệ quán tính K’ chuyển động K với vận tốc không đổi v, quan sát viên C ghi nhận biến cố Vậy trường hợp biến cố R B xảy đồng thời A không đồng thời C Ta kết luận người người sai Kết luận: Tính đồng thời khái niệm tuyệt đối mà tương đối, phụ thuộc vào trạng thái chuyển động người quan sát (hệ quy chiếu) Nếu vận tốc chuyển động nhỏ sai lệch đo đồng thời khó nhận thấy V TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA THỜI GIAN Quan sát viên B (trong hệ quy chiếu K’) tàu chuyển động vận tốc v so với đất (HQC K) B dùng đồng hồ để đo thời gian Δt hai biến cố Biến cố xung ánh sáng phát ra, biến cố xung sáng sau phản xạ gương M đập vào máy đo Quan sát viên B đo khoảng thời gian hai biến cố là: Δt = D C (V.1) Trang Chuyên đề Vật lí đại D khoảng cách nguồn sáng gương Đối với B hai biến cố xảy tọa độ không gian Với Δt khoảng thời gian hai biến cố nơi đo đồng hồ nằm yên nơi gọi khoảng thời gian riêng Đối với người quan sát A (hệ quy chiếu quán tính K) đứng yên sân ga thấy quãng đường xung sáng 2L thời gian đo hai biến cố Δt : 2L Δt = = c ⇒ 1 ( v.Δt ) + D 2 ( v.Δt ) + ( c.Δt ) 2 2 = c c Δt Δt = v 1− ( ) c (V.2) Đối với A, khoảng thời gian hai biến cố Δt đo hai đồng hồ đồng đặt nơi, Δt thời gian riêng Đặt β = v ; β gọi thông số vận tốc (V.3) c Và γ = 1− β ; γ gọi thừa số lorentz (V.4) Trang Chuyên đề Vật lí đại Δt = Δt 1− β = γ Δt > Δt (sự giãn nở thời gian) (V.5) - Các số γ , β thường gặp LTTĐ γ ≥ 1; β < VI TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA ĐỘ DÀI - Quan sát viên A hệ qui chiếu quán tính K, đo chiều dài sào đứng yên hệ K L0 L0 độ dài vật đứng yên hệ qui chiếu K gọi độ dài riêng Khi sào chuyển động hệ K với vận tốc v độ dài sào mà A đo L = L0 − β = L: L0 γ (VI.1) L < L0: Sự co lại độ dài Sự co lại độ dài hệ trực tiếp dãn nở thời gian *Chứng minh biểu thức (VI.1) L = L0 − β Thật vậy, quan sát viên A đứng yên sân ga (hệ quán tính K) cầm sào có chiều dài A L0 Quan sát viên B tàu qua sân ga với vận tốc v (hệ quán tính K’) Khi A nhận thấy vạch đánh dấu tàu qua sào hết thời gian Δt = L0 v ⇒ L0 = v Δ t (VI.2) ( Δ t khoảng thời gian riêng hai biến cố xác định qua đầu cuối mút sào xảy hai nơi khác A phải dùng hai đồng hồ đồng để đo khoảng thời gian Δt này.) Đối với B sào chạy ngược lại với vận tốc v, khoảng thời gian hai biến cố B đo từ đồng hồ vị trí Khi B đo độ dài sào : Từ (VI.2) (VI.3) ⇒ Δ t0 , nên L = v Δ t0 Δ t0 thời gian riêng (VI.3) L v.Δt L L0 = = ⇒ L= = (ĐPCM) L0 v.Δt γ γ 1− β Lưu ý: Trong biểu thức (V.1) (VI.1) v vận tốc tương đối hệ qui chiếu Nhận xét: Từ biểu thức(VI.1): hai biến cố xảy nơi hệ quy chiếu quán tính K, khoảng thời gian Δ t0 chúng quan sát viên A đo đồng hồ đứng yên gọi thời gian riêng Nếu quan sát viên hệ qui chiếu Trang Chuyên đề Vật lí đại quán tính khác (có vận tốc v K) đo giá trị lớn khoảng thời gian riêng Δ t0 Từ biểu thức (VI.1): Độ dài L0 vật đo hệ qui chiếu quán tính vật đứng yên gọi độ dài riêng Mọi quan sát hệ qui chiếu quán tính khác đo độ dài ngắn Lý giải: Có phải vật thật co lại? Và có phải nguyên tử cấu tạo nên vật thực bị sít lại nhau? Câu trả lời là: Độ dài vật mà quan sát viên đo hệ qui chiếu thế, chuyển động có ảnh hưởng đến phép đo Sự co tượng túy động học, xảy người quan sát viên hệ qui chiếu quán tính mà vật chuyển động, nguyên nhân động lực tác động lên vật làm độ dài vật co lại VII PHÉP BIẾN ĐỔI LORENTZ VÀ CÁC HỆ QUẢ Biểu thức toán học tiên đề 2: Xét biến cố X xảy tọa độ không gian thời gian (x, y, z, t) hệ qui chiếu quán tính K Đối với hệ qui chiếu quán tính K’ chuyển động tương đối so với K v không đổi biến cố nói xảy tọa độ không gian thời gian (x/, y/, z/, t/) Giả sử ban đầu (t = t/= 0) hệ quán tính K’có gốc tọa độ O/ trùng O (hệ qui chiếu quán tính K) sau hệ qui chiếu quán tính K’ chuyển động K theo chiều (+) trục 0x với vận tốc không đổi v Biến cố thứ phát tín hiệu ánh sáng từ điểm O (x = 0, y = 0, z = 0) với vận tốc c, vào thời điểm t = t/ = hệ K Biến cố thứ hai tín hiệu tới điểm (x, y, z) vào thời điểm t ≠ hệ K Quãng đường tín hiệu r = c.t Bình phương hai vế ta suy được: ⇒ x + y + z − c 2t = (VII.1) Trong hệ quy chiếu quán tính K’, tọa độ biến cố (x’=0; y’=0; z’=0; t’=0) (x’,y’,z’,t’) Mặt khác theo tiên đề vận tốc ánh sáng hệ K’ c, nên ⇒ x/2 + y/2 +z/2 –c2t/2 = r’=ct’ (VII.2) Các công thức (VII.1) (VII.2) biểu thức toán học tiên đề 2 Khoảng hai biến cố (ds): Xét hai biến cố M1 M2 có tọa độ không gian thời gian hệ qui chiếu quán tính K K’ là: Trang 10 Chuyên đề Vật lí đại PHẦN II: BÀI TẬP VÍ DỤ Ví dụ 1: Thời gian sống trung bình hạt µ meson sinh độ cao 6000m so với mặt đất 2.10-6s Lúc tạo thành, hạt có vận tốc 0,998c hướng mặt đất Tính quãng đường trung bình mà hạt qua trước bị phân rã quan sát viên mặt đất theo quan điểm cổ điển theo thuyết tương đối Bài giải: Theo cổ điển quãng đường trung bình mà hạt là: L = v.Δt = 599m Như hạt tới mặt đất ta phát mặt đất Theo thuyết tương đối Δt0 = 2.10-6s thời gian riêng, thời gian sống trung bình theo quan sát viên mặt đất Δt = Δt0 1− β = 3,16.10-5s quãng đường trung bình mà hạt qua L = v.Δt = 0,996.3.108.3,16.10-5 = 9740m hoàn toàn có khả tới mặt đất Nhận xét: Nếu xét hệ gắn với meson (quan sát viên hệ K' gắn với meson) khoảng cách từ vị trí sinh hạt đến mặt đất L = L0 − β =379m Trong Trái đất dịch lại gần đoạn d = v.Δt0 = 0,998.3.108.2.10-2 = 599m Như hạt hoàn toàn có khả tới mặt đất điều phù hợp với tính toán trước Ví dụ 2: Hai tàu vũ trụ, có độ dài riêng L0 = 230m, tàu thứ đứng yên, tàu thứ hai chuyển động với vận tốc v Quan sát viên A đứng tàu đo khoảng thời gian mà tàu thứ hai qua Δ t0 = 3,57s Hỏi thông số vận tốc tương đối β hai tàu? Bài giải: Quan sát viên A đo là: L = v Δ t0 Mặt khác co ngắn chiều dài A: L = L0 − β ⇒ v Δ t0 = L0 ⇒ β= 1− β L0 (c.Δt ) + L0 2 ⇒ β c Δ t0 = L0 − β = 0,210 (c = 3.108m/s) Chiều dài tàu mà quan sát viên A đo được: L = β c Δ t0 = 224,9 (m) Trang 30 Chuyên đề Vật lí đại Ví dụ 3: Một thước chuyển động với vận tốc 0,6c trước quan sát viên O theo hướng song song với độ dài thước Tính thời gian để thước ngang qua O Bài giải: Chiều dài thước mà O đo theo hiệu ứng co Lorentz L = L0 − β , thời gian để thước qua O Δt = L 1− β L = = 4, 44.10−9 s 0,6c 0,6c Ví dụ 4: Ánh sáng từ miền xa thiên hà phải 105 năm để tới Trái đất Trong vòng 50 năm hành khách phải du hành với vận tốc để đến miền Bài giải: Đối với quanb sát viên Trái đất, khoảng cách từ miền đến Trái đất L = 105c Đối với hành khách khoảng cách L0 = v= L 1− β nên vận tốc L0 105 c − β = → v = c − 2,5.10−7 Δt0 50 Có thể theo cách khác: thời gian bay tính theo quan sát viên mặt đất vận tốc v = L Δt0 Δt0 1− β L 1− β = Δt0 1− β Ví dụ 5: quan sát viên O phát hai biến cố có khoảng cách không gian thời gian tương ứng 3,6.108m 2s Tìm khoảng thời gian riêng hai biến cố Bài giải: Khoảng thời gian riêng biến cố khoảng thời gian đo K' mà biến cố xảy vị trí Vậy phải có xB, − x,A = xB − xA − v(tB − t A ) =0 − β2 Từ tính vận tốc K' so với K: v = 0,6c khoảng thời gian riêng t B, − t A, = v ( xB − x A ) c2 = 1, s − β2 (t B − t A ) − Trang 31 Chuyên đề Vật lí đại (Hoặc theo (1,3) Δt0 = Δt − β ) Biến đổi tương đối tính vận tốc: Vận tốc hạt hệ K K' định nghĩa biểu thức tương ứng ux = dx dy dz ; u y = ; uz = dt dt dt ux, = dx ' , dy ' , dz ' ; uy = ; uz = ; dt ' dt ' dt ' (114) Sử dụng phép biến đổi Lorentz dễ dàng tìm công thức cộng vận tốc tương đối tính u y − β , uz − β ux − v , u = ;uy = ; uz = v v v 1− u x − ux − ux c c c , x Và ngược lại u x = u ,y − β u z, − β u x, − v ;uy = ; uz = v v v − u x, − u x, − u x, c c c (1.15) (1.16) Cũng thường lệ, v [...]... dt ' c 2 v 1− 2 c và v x = dx ; v y = dy ; v z = dz là các thành phần vectơ v của vật trong hệ A dt dt dt Trang 16 Chuyên đề Vật lí hiện đại V2 V2 vy 1− 2 vz 1 − 2 vx − V c c ⇒ v' x = ; v' y = ; v' z = Vv Vv Vv 1 − 2x 1 − 2x 1 − 2x c c c r Hay Gọi u ' là vectơ vận tốc của vật M trong hệ K’ thì các vận tốc thành phần của vật trên các trục sẽ là dx − vdt v2 1− 2 dx ' c = dx − vdt = u x − v ; ux ' = = v... QUÁN TÍNH K K’ Δt = Δt0 Δt0 là thời gian riêng xảy ra giữa hai v2 1− 2 c biến cố tại 1 điểm trong HQC K’ l0 là chiều dài riêng vật đứng yên trong K GHI CHÚ v2 l = l0 1 − 2 c Vật đứng yên l là chiều dài vật đo được trong K’ nhưng trong K chuyển động Trang 21 Chuyên đề Vật lí hiện đại so với K’ x= x '+ vt ' 1− v2 c2 ⇒ dx = dx '+ vdt ' 1− v2 c2 x' = x − vt 1− v2 c2 ⇒ dx ' = dx − vdt Nếu ta coi K’ v2 c2 chuyển... nhau như các mặt của một trường điện từ duy nhất Thuyết tương đối hẹp của Einstein đã đẩy khoa học vật lý tiến lên một bước mới Các công thức, phương trình của thuyết tương đối hẹp đã giúp giải thích được nhiều hiện tượng Trang 28 Chuyên đề Vật lí hiện đại mới và mở đường cho nhiều thành tựu mới của vật lý trong thế kỷ XX Về sau, năm 1915 Einstein đã phát triển thuyết tương đối hẹp sâu thêm một bước... việc thỏa thuận rằng thuyết tương đối thâm nhập sâu vào những vấn đề cơ bản của vật lý học và thuyết này đã vượt qua nhiều thí nghiệm kiểm tra mà không tìm thấy một thiếu sót nhỏ nhất nào Đó cũng là một lý thuyết đem lại khoái cảm về mặt thẩm mĩ, đơn giản về thực chất, nhất quán một cách toàn diện, có Trang 27 Chuyên đề Vật lí hiện đại giá trị tiên đoán lớn và hết sức thực tiễn Chẳng hạn nếu các kĩ... đó f = f 0 1− β 2 Công thức này thể hiện sự khác biệt với sóng âm trong cơ học Trong cơ học, ở trường hợp này vT = 0; vN = 0 suy ra f’ = f0 CHỨNG MINH ĐỐP LE TƯƠNG ĐỐI TÍNH Biểu thức của hiệu ứng Doppler trường hợp nguồn hoặc máy thu chuyển động xiên (Cơ sở lý thuyết của bài thi Olympia Vật lý Châu Á 2005) Khi chuyển động xiên, thừa Trang 24 Chuyên đề Vật lí hiện đại số 1 ± β phải được thay bằng 1 ±... ( x − Vt ) vx ' c 2 = γ (t '+ vx ' ) và x’ Từ hai công thức x, x’ ta khử x tìm được t theo t’ t = c2 v2 1− 2 c t '+ Trang 14 Chuyên đề Vật lí hiện đại vx c 2 = γ (t − vx ) và ngược lại t ' = c2 v2 1− 2 c t− 4 Một vài hệ quả của các phương trình Lorentz: a Sự co chiều dài của vật theo phương chuyển động( từ các công thức (VII.13) và (VII.14 ta tìm lại công thức(IV.1)) Một thanh M1M2 đứng yên trong hệ... vận tốc vật trong HQCQT K và K’) HỆ QUY CHIẾU QUÁN TÍNH HỆ QUY CHIẾU QUÁN TÍNH K ux = u '+ v dx = = x v dt 1 + 2 ux ' c GHI CHÚ K’ ux ' = u −v dx ' = = x v dt ' 1 − 2 ux c Nếu ta coi K’ chuyển động so với K với vận tốc v thì coi K chuyển động với vận tốc –v so với K’ dy uy = = = dt uy ' v2 1− 2 v c 1 + 2 ux ' c dy ' uy ' = = = dt ' uy v2 1− 2 v c 1 − 2 ux c Trang 22 Chuyên đề Vật lí hiện đại uz =... O/ chuyển động thẳng đều so với O dọc theo trục Ox trong hệ K Mặt khác a,b là hệ số đúng trong trường hợp tổng quát nên cũng đúng trong trường hợp đặt biệt khi M trùng tại O’(x’=0) Do vậy ⎧ x = vt ⎧ x = vt = bct ' b v ⎪ / ⇒ = =β ⎨ y = 0 Như vậy khi x = 0 thì ⎨ t = at ' a c ⎩ ⎪ z =0 ⎩ Thay (VII.9) vào (VII.7) ta được: b = v = β a c (VII.9) (VII.10) Trang 12 Chuyên đề Vật lí hiện đại 1 ⎧ ⎪ a=± 1− β 2... đúng như tiền đề 2 của Einstein khẳng định BẢNG TÓM TẮT II PHÉP BIẾN ĐỔI LORENTZ HỆ QUY QUÁN TÍNH CHIẾU K’ CHUYỂN ĐỘNG VỚI VẬN TỐC v SO VỚI K HỆ QUY CHIẾU QUÁN TÍNH HỆ QUY CHIẾU QUÁN TÍNH K K’ x= x '+ vt ' v2 1− 2 c ⇒ dx = dx '+ vdt ' v2 1− 2 c x' = x − vt v2 1− 2 c ⇒ dx ' = GHI CHÚ dx − vdt Nếu ta coi K’ v2 1− 2 c chuyển động so với K với vận tốc v thì coi K Trang 18 Chuyên đề Vật lí hiện đại chuyển... hoặc hai là định nghĩa lại động lượng của một hạt Người ta đã chọn giải pháp thứ hai và định nghĩa: Trang 19 Chuyên đề Vật lí hiện đại + Theo CHCĐ: p = m0v = m0 Δx Δt + Theo CHTĐT: p = m0 Trong đó Δx Δx Δt 0 là độ dời của hạt đối với người quan sát A trong hệ qui chiếu ấy(K), thời gian để thực hiện độ dời trong hệ qui chiếu đó Tuy nhiên Δ t0 Δ t0 là là thời gian không phải do người quan sát A đo được ... hia hệ trùng c Trang 42 Chuyên đề Vật lí đại KẾT LUẬN Trên số vấn đề suy nghĩ làm trình giảng dạy chuyên vật lý Đây vấn đề lớn, giảng dạy vật lý trường THPT việc giảng dạy chuyên lý việc làm này,... sinh giỏi vật lý thi vòng tỉnh vòng quốc gia Trang Chuyên đề Vật lí đại NỘI DUNG Nội dung chuyên đề gồm phần sau: - Cơ sở lý thuyết - Bài tập ví dụ - Bài tập tự giải PHẦN I: CƠ SỞ LÍ THUYẾT SƠ... biến cố điểm HQC K’ l0 chiều dài riêng vật đứng yên K GHI CHÚ v2 l = l0 − c Vật đứng yên l chiều dài vật đo K’ K chuyển động Trang 21 Chuyên đề Vật lí đại so với K’ x= x '+ vt ' 1− v2 c2 ⇒ dx