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马来西亚博特拉大学
物理竞赛相对论要学到什么程度才能进省队?
综评竞赛     更新时间:2024-12-14 浏览量:96 次
相对论内容博大精深又变化万千,把狭义相对论搞明白可太难了,可它偏偏又是物理竞赛经常碰到的考点。那么,物理竞赛相对论要学到什么程度才能进省队?和易单招网小编一起来详细的了解下吧。

 

相对论难在哪?

相对论在竞赛里常常使同学困扰的部分是不知道它应该在哪里学,怎么学,为什么竞赛书上讲的这些我听不明白,这次这个题做完了下次遇到怎么又不会了,他们不都是相对论为什么做法不一样啊?
这跟相对论在课程安排里的独特地位是脱不开的。相对论一般在高中课内与竞赛,是以洛伦兹变换为授课主体,放在运动学部分进行讲授的。而大学里面往往会在电磁学里,将Lorentz变换作为麦克斯韦方程的结论推导得出,这也是为什么有些同学纳闷为什么朗道的相对论在场论那本讲的缘故,在这里我们必须牢记两个基本假设——光速不变与相对性原理,后面会讲到为什么他们重要。
尔后的广义相对论则是将狭义相对论难以处理的引力和加速度项加入到了方程里,听上去和把惯性力加到牛顿运动定律里差不多是不是?不过这里需要的数学基础比较高,比如说相对论的四维不再是欧式空间而是闵可夫斯基式空间,也必须要引入流形来处理——这部分我们就不展开来谈了。

当我们说到比如攀登或者秋季的营地考了“广义相对论”的时候,一般来说我们会面对的是一个经过简化的特例处理的模型,不会是完整的,普适的方程,这就带来一个问题就是我们能找到的教材是面向大学生的教材,因而我们可能会看到很多不那么适合我们的内容,或者是太一般性而太复杂,或者是数学前置条件太高,或者是计算内容需要用到计算机辅助所以你考试根本不会遇到。

这些问题不止是相对论,提前学习普物的同学很多地方都会遇到类似的困难,蔡老师当初提到想要一个物理大的交流论坛也是因为这样一个初衷,没有人交流信息想从一些坑里爬出来实在是太难了!根本就是事件视界一样的大坑!

相对论考什么?

以相对论为主要考点的题目现在看来一般有以下几类:

1、近代类题目

关键词:高能粒子,康普顿散射

核心做法:Lorentz不变量,零动量系

这类问题因为具有良好的和其它部分考察内容组合拼接的适应性所以很受命题老师喜爱(我们也喜欢)。对同学来说重点就是要注意相对论形式的能动量写法跟经典的不一样,最低要求就是记住Lorentz不变量,然后多用能量——动量这组关系来写,中间量写质量很容易绕晕自己。

2、Lorentz变换

关键词:时间间隔,钟,运动

核心做法:时空图

写到这里多嘴一句,很多同学在前面惯性系换系,非惯性系换系,旋转系换系,带加速度的旋转系换系这样一个学习过程中没有养成足够好的角标管理习惯,变量不好好做声明,到了相对论换系终于积重难返了,和坐标变换,换系相关会带来大量的变量,大家做题的时候一定要把自己使用的每个量的定义是什么意思写明白,比如说:A飞船系看到B飞船两次信号发射的时间间隔,笔者一般喜欢用这种双下标,前一个标明物体,后一个标明系。自己使用的角标习惯只要稳定就好,但是一定要用汉语(实在不行也可以英语)声明明白,因为改卷老师不知道你用的是什么角标习惯!

我们刚刚说到Lorentz变换是基于两个基本假设导出的,即光速不变与相对性原理,我们在看书做题的时候看到某个结论不要只是看到,要想这玩意是怎么从这个基本假设出发一步步搭起来建成这样的。在这个部分是最经常计算时间的,就像前一部分我们说大家要逐渐适应不再用质量,力去描述高能粒子,这一部分大家要接受适应不再具有普适的绝对的时间坐标的概念,同一事件在不同参考系里不等时将再正常不过。

3、多普勒效应

在决赛这个水平的考试里有些时候会安排大家求更难一些的东西,比如说相对论波速,相对论电流密度,相对论功率,相对论压强,相对论视觉形象,他们不再是对单一物体做变换,而是对一个长得更像个函数的东西做变换,这部分内容就比较难了,主要是对大家头脑内抽象思维的计算空间提出了考验,到这一步了也没什么好建议了,如果你不需要建议那你做就是了,如果你需要建议,那么,把看着好捞的分捞了赶快跑,做那些自己有把握的题。

 

相对论自己怎么学?

我们再来说说要怎么安排相对论的学习,建议大家先来听听孙鹏老师这5节免费课入入门,那么课后呢?我们前面说到,教材往往兼容性差,竞赛书有些又确实讲的不够清楚,如果在学习初期,计算内力还不够,看不了一些比较深的教材的时候怎么办呢,建议是要认真地做错题整理和知识梳理,从做题训练出发反向搭一个知识谱系逆练也是一种做法。带着做题的问题去找概念定义来看,然后再把自己的概念理解搭起来。

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