杨新铁
德国慕尼黑高二的物理关于相对论和加速器的考试题如何抓实践性和趣味性
2021-5-9 21:45
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       德国的物理教学还是紧抓者兴趣点和知识点,尽管有些内容不太对,不如宇航员回家的时间问题,和光钟问题,都是有待验证的,还有一些和实践密切相关的问题,如加速器物理,这里面质能关系,都是加速器设计很重要的理论基础,相比德国对理论检验和实践的重视,国内做的比较差。

     我们讨论相对论,严防在白话文基础上做文章,讨论必须建立在在比高中物理要高的基础上。看看这个德国高二的考题对我们很有益处,如果仅仅从哲学上来讨论相对论,那就会没有什么效果。


宇航员在广阔的空间中以V = 2 * 10^8 m / s的速度飞行。他离开地球上的家人还有3光年的距离。

a)在宇航员穿越这个距离之前,他的家人已经度过了多少时间。 (3分)

b)地球上的时钟与火箭的时钟在一小时之间的时间差是多少?   (3分)

C)光钟由两个相对的反射镜组成,这样一个光子就可以在两个反射镜之间来回反射。假设这时钟安装在在火箭里面。请清楚地说明为什么光子在火箭中运动惯性系统来说到镜子的距离相比在地面的静止惯性系统光子到镜子的距离要长一些,并推断出两个惯性系统在时间上的结果间的差别。 (5分)

2。回旋加速器是一种特殊类型的粒子加速器。回旋加速器的整个装置是在真空中,主要由两个内部中空的D形电极组成,即所谓的Duanten。在两个D形电极(Duanten)间施加电压,就在其间产生了电场。另外在两个D型电极的内部还施加一个磁场。在D型电极间空隙的边界处,置有有一个质子源,以初始速度v=(0 m / s)输送质子。

 

a)解释质子为什么在D型电极间中沿着弧形轨迹运动。质子的加速度在从哪里产生的。 (3分)

如果质子达到很高的速度,则必须考虑相对论方面。待加速的质子每转获得400 keV的动能。

b)按照经典的办法计算回旋加速器在100次回旋结束时该质子的速度(4分)

c)从多少次运行中,相对论性的考虑是绝对必要的。

用计算结果确认您的猜测。 (4分)

3汉堡的Hera粒子加速器于1992年投入运行。有了这种粒子加速器,带电粒子通过磁场保持在封闭的轨道上,这样这些粒子就具有一定量的能量。因此它们就预先被加速,然后注入到粒子加速器中。

a)将一个速度为v = 0.99 * c的质子注入粒子加速器,计算质子的静止质量与此刻注入时质子质量的比。 

感兴趣的朋友们可以猜一猜,对于汉堡hera粒子加速器这道题后两问,b)和c)该怎么出?

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