相对论-总结

电动力学章节总结

第一章 一、总结 1．电磁场的六大基本方程及其对应的边值关系 2．介质的特性 欧姆定律： 焦耳定律： 另外常用： ； （可由上面相关公式推出） 3．洛仑兹力密度公式、电荷守恒定律 洛仑兹力密度公式： 由此式可导出： 电荷守恒定律： 稳恒条件下： 4．能量的转化与守恒定律 积分式： 其中， 微分式： 或 5．重要推导及例题 (1) .六个边值关系的导出； (2) .由真空中的麦克斯韦方程推出介质中的麦克斯韦方程； (3) .能流密度和能量密度公式的推导；

(4) .单根导线及平行双导线的能量传输图象； (5) .例题：所有课堂例题。 6．几个重要的概念、定义 (1) ； (2) ； (3) .矢量场的“三量三度”（见《矢量场论和张量知识》）和麦克斯韦电磁理论的“四、三、二、一”，其中“三量三度”见《矢量场论和张量知识》。 第二章 (1).唯一性定理的两种叙述 一般介质情况下的唯一性定理 有导体存在时的唯一性定理 (2).引入静电场标势的根据，的物理意义，的积 分表式 (3).与静电场标势有关的公式 (4).电多极展开的思想与表式，Dij=? a. 小区域电荷系在远区的电势 其中 为体系总电量集中在原点激发的电势； 为系统电偶极矩激发的电势； 为四极矩激发的势。 b. 电偶极矩、电四极矩 为体系的总电量 为体系的总电偶极矩 为体系的总电四极矩 c. 小电荷系在外电场中的能量 为电荷集中于原点时在外电场中的能量； 电力线 ；

为偶极矩在外场中的能量 为四极矩在外场中的能量 d. 用函数表示偶极矩的计算公式 其中；的定义满足 2．本章重要的推导 (1).静电场泊松方程和拉普拉斯方程导出：(1).；(2). (2).势函数的边值关系：(1)；(2) (3).静电场能量： (4).静电场的引出。 由于静电场与静磁场的理论在许多情况下具有很强的对称性的，许多概念、知识点及公式也具有类似的形式，所以我们将第二、第三章的小结编排在一起，以利于巩固和复习。 第三章 1．基本内容 (1).引入的根据，的积分表式，的物理意义 (2).引入的根据及条件，的积分表式及物理意义 (3).磁标势与电标势（）的比较及解题对照 标势 引入根据； ； 等势面电力线等势面磁力线等势面 势位差 微分方程 ； ； 边值关系 (4).磁多极展开与有关公式， a. 小区域电流在外场中的矢势

大学物理物理知识点总结

y 第一章质点运动学主要内容 一. 描述运动的物理量 1. 位矢、位移和路程 由坐标原点到质点所在位置的矢量r r 称为位矢 位矢r xi yj =+r v v ,大小 r r ==v 运动方程 ()r r t =r r 运动方程的分量形式() ()x x t y y t =???=?? 位移是描述质点的位置变化的物理量 △t 时间内由起点指向终点的矢量B A r r r xi yj =-=?+?r r r r r △，r =r △路程是△t 时间内质点运动轨迹长度s ?是标量。 明确r ?r 、r ?、s ?的含义(?≠?≠?r r r s ) 2. 速度（描述物体运动快慢和方向的物理量） 平均速度 x y r x y i j i j t t t u u u D D = =+=+D D r r r r r V V r 瞬时速度(速度) t 0r dr v lim t dt ?→?== ?r r r (速度方向是曲线切线方向) j v i v j dt dy i dt dx dt r d v y x ??????+=+==，2222y x v v dt dy dt dx dt r d v +=?? ? ??+??? ??==?? ds dr dt dt =r 速度的大小称速率。 3. 加速度(是描述速度变化快慢的物理量） 平均加速度v a t ?=?r r 瞬时加速度(加速度) 220lim t d d r a t dt dt υυ→?===?r r r r △ a r 方向指向曲线凹向j dt y d i dt x d j dt dv i dt dv dt v d a y x ????ρ ?2222+=+== 2 2222222 2 2???? ??+???? ??=? ?? ? ??+??? ??=+=dt y d dt x d dt dv dt dv a a a y x y x ? 二.抛体运动 运动方程矢量式为 2 012 r v t gt =+ r r r

广义相对论简介

广义相对论简介 引子 由牛顿力学到狭义相对论，基本观念的发展是，其一：由一切惯性系对力学规律平权到一切惯性系对所有物理规律平权；其二：由绝对时空到时空与运动有关。 爱因斯坦进一步的思考：非惯性系与惯性系会不平权吗？物质与运动密不可分，那么时空与物质有什么关系？关于惯性和引力的思考，是开启这一迷宫大门的钥匙，最终导致广义相对论的建立。 §1 广义相对论的基本原理 一、等效原理 1. 惯性质量与引力质量 实验事实：引力场中同一处，任何自由物体有相同的加速度。 根据上述事实及力学定律，可得任一物体的惯性质量 与引力质量 满足 常量，与运动物体性质无关，选择合适的单位，可令 ＝ ＝ ， 即惯性质量与引力质量相等。从而，在引力场中自由飞行的物体，其加速度必等于 当地的引力强度 。 2. 惯性力与引力 已知在非惯性系中引入惯性力后，可应用力学规律，而惯性力。在 此基础上，讨论下述假想实验。 1) 自由空间中的加速电梯(如图1) 以 为参考系,无法区分ma 是惯性力还是引力。因此，也可以认为是在引力场中 匀速运动的电梯。 2) 引力场中自由下落的电梯S*(如图2) 以S*为参考系，无法区分是二力平衡 还是无引力。因此，也可认为S*是 自由空间中匀速运动的电梯。 以上二例表明，由 ＝ ， 可导出惯性力与引力的力学效应不可区分， 或者说，一加速参考系与引力场等效。当然，由于真实引力场大范围空间内不均匀， 图 图1 图 2

因此，这种等效只在较小范围空间内才成立，我们称之为局域等效。 3. 等效原理 弱等效原理：局域内加速参考系与引力场的一切力学效应等效。 强等效原理：局域内加速参考系与引力场的一切物理效应等效。 广义相对论的等效原理是指强等效原理。 4.对惯性系的再认识——局域惯性系 按牛顿力学的定义，惯性定律成立的参考系叫惯性系。恒星参考系是很好的惯性 系，不存在严格符合此定义的真正的惯性系。惯性系之间无相对加速度。 按爱因斯坦的定义，狭义相对论成立的参考系，或（总）引力为零的参考系叫惯 性系。因此，以引力场中自由降落的物体为参考的局域参考系是严格的惯性系，简 称为局惯系。引力场中任一时空点的邻域内均可建立局惯系，在此参考系内运用狭 义相对论。同一时空点的各局惯系间无相对加速度，不同时空点的各局惯系间有相 对加速度。 二、广义相对性原理 原理叙述为：一切参考系对物理规律平权，即物理规律在一切参考系中的表述形 式相同。 为了在广义相对性原理的基础上建立广义相对论理论，爱因斯坦所做的进一步工 作是使引力几何化，即把引力场化作时空几何结构加以表述。对广义相对论普遍理 论的研究数学上涉及黎曼几何、张量分析等，超出本简介范围，下面只作浅显的说 明。 §2 引力场的时空弯曲 一、弯曲空间的概念 从高维平直空间可观测低维平直空间与弯曲空间的差异。 平面——二维平直空间内：测地线（即两点间距离的极值线）为直线，三角形内 角和＝，圆周长＝。 球面——二维弯曲空间：测地线为弧线，如图。三角形(PMN)的内角和＞， 圆周长＜。 故通过测量可判定空间弯曲。(如图3) Array二、引力场的空间弯曲 讨论爱因斯坦转盘(如图4) 相对惯性系S以角速度均匀 转动的参考系。由S系可推知 系中的测量结果（狭义相对论） 图 3

高考物理新近代物理知识点之相对论简介经典测试题(3)

高考物理新近代物理知识点之相对论简介经典测试题(3) 一、选择题 1．有一把长为L的尺子竖直放置，现让这把尺子沿水平方向以接近光的速度运行，运行过程中尺子始终保持竖直，那么我们此时再测量该尺子的长度将（） A．大于L B．小于L C．等于L D．无法测量 2．下列关于近代物理的说法，正确的是 A．玻尔理论成功解释了各种原子发出的光谱 B．能揭示原子具有核式结构的事件是氢原子光谱的发现 C．光电效应实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难 D．质能方程2 E mc 揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是卢瑟福 3．下列说法不正确的是（） A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉 B．玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的衍射现象 C．光的偏振现象证实了光是横波。 D．不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的 4．下列说法中正确的是 A．声源向静止的观察者运动，观察者接收到的频率小于声源的频率 B．电磁波谱波长由长到短顺序是无线电波、紫外线、可见光、红外线、X射线、γ射线C．机械波只能在介质中传播，波源周围如果没有介质，就不能形成机械波 D．宇宙飞船以接近光速的速度经过地球时，地球上的人观察到飞船上的时钟变快 5．关于爱因斯坦质能方程，下列说法中正确的是（） A．中是物体以光速运动的动能 B．是物体的核能 C．是物体各种形式能的总和 D．是在核反应中，亏损的质量和能量的对应关系 6．下列关于经典力学和相对论的说法，正确的是() A．经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容 B．相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的 C．相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系 D．经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例 7．下列说法正确的是（） A．由于相对论、量子论的提出，经典力学己经失去了它的意义 B．经典力学在今天广泛应用，它的正确性无可怀疑，仍可普遍适用 C．在经典力学中，物体的质量随运动状态而改变 D．狭义相对论认为，质量、长度、时间的测量结果都与物体运动状态有关 8．关于相对论的下列说法中，正确的是（） A．宇宙飞船的运动速度很大，应该用相对论计算它的运动轨道

狭义相对论和广义相对论

要了解狭义相对论和广义相对论的区别，我们首先要搞清楚，这两个理论大概说了什么？ 狭义相对论 我们先从狭义相对论说起，其实狭义相对论解决了一个物理学的重大矛盾。在爱因斯坦之前，最成功的两个理论分别是牛顿提出的牛顿力学和麦克斯韦提出麦克斯韦方程。只不过，这两个理论有个矛盾，那就是：光速。 具体来说，牛顿的理论认为，速度可以不断地进行叠加，没有上限，只要你加得上去就行。可是，麦克斯韦方程得出的光速是一个固定值，似乎暗示着光速无论在什么惯性坐标系下都是一样的。要知道，我们在使用牛顿力学时，是需要先选定参考坐标的。因此，科学家就在思考，是不是存在一个奇怪的坐标系，让光速一直保持一个速度，它们管这个叫做以太。于是，一群科学家就拼了命地去找“以太”，然后他们接二连三地失败了。 后来，26岁的爱因斯坦提出了狭义相对论。

有人说他高举了奥卡姆剃刀原理才成功的，这个奥卡姆剃刀原理大意是：如无必须勿增实体。翻译过来就是，咋简单咋来。既然光速是不变的，那为啥还要假设“以太”？ 于是，爱因斯坦就以“光速不变原理”和“相对性原理”为基础假设，推导出了狭义相对论。这个过程就有点像平面几何，就只有五条公设，但是能搞出一整套体系。而这里的相对性原理，说白了就是经典物理学的老套路，在研究运动时，需要先选个惯性参考系。 通过这两条假设，爱因斯坦出了很多奇葩的结论，比如：时间膨胀。说的是，如果你想对于我高速运动，那我看你的时间就会变慢，这种变慢可以理解成，如果你在高速的飞船里做操，那我这里看到的就是你在慢动作做操。而你自己其实感觉到的时间是正常流逝。所以，是以我参考系看你时间膨胀了。如果你也 看到，你也会发现我的时间也变慢了，因为我想对于你也是在高速运动的。

广义相对论的理解

11、广义相对论的几 个疑难问题 1、暗物质的本质：现代宇宙学观测表明宇宙中存在暗物质和暗能量。但是它们的起源仍然是个谜。我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4%，各种测算方法都证实，宇宙的大部分是不可见的。要说宇宙中仅仅就是暗色尘云和死星体是很容易的，但已发现的有力证据说明，事实并非如此。正是对宇宙中未知物质的寻找，使宇宙学家和粒子物理学家开始合作，最有可能的暗物质成分是中微子或其它两种粒子：neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据认为，这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光， 但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来。 天文学家已经证明：宇宙中的天体从比我们银河系小100万倍的星系到最大星系团，都是由一种物质形式所维系在一起的，这种物质既不是构成我们银河系的那种物质，也不发光。这种物质可能包括一个或更多尚未发现的基本粒子组成，该物质的聚集产生导致宇宙中星系和大尺寸结构形成的万有引力。同时，这些粒子可能穿过地面实验室。 美国能源部LANL实验室的液体闪烁体中微子探测器、加拿大Sudbury中微子观测站和日本超级神冈加速器实验的最新结果给出 有力的证据：中微子以各种形式“振荡”，因此必定会具有质量。虽然质量很小，但宇宙中大量的中微子加起来可使总的质量达到相当高。美国费米国家实验室新的加速器实验MiniBooNE和MINOS将研究中微子震荡和中微子质量。 尚未发现的其它粒子有可能存在，例如一种称为超对称的新对称理论预言有一种大的新类型的粒子，其中有些可解释暗物质。现正在费米实验室TeV能级加速器进行的和计划在CERN正建造的大型强子对撞机（LHC）上开展的实验，以及地下低温暗物质寻找和空间利用伽马射线大面积天体望远镜所进行的实验，目的都是要寻找超对称粒子。 阿尔法磁谱仪（AMS）安装在国际空间站上，寻找反物质星系和

相对论简介001

第十二章 相对论简介 12.2.1 若某量经洛伦兹变换不发生变化，则称该量为洛伦兹不变量.试证明2 22t c x -为 洛伦兹不变量，即 222222t c x t c x -=- 12.2.2 μ介子静止时的平均寿命τ≈2×s 610-.宇宙射线与大气因发生核反应产生的μ 介子以0.99c 向下运动并衰变，到t 时刻剩余的粒子数为N （τ）=τ/)0(t e N -.(1)若能到达地面的μ介子为原来的1%，求原来相对于地球的高度；（2）求在于μ介子相对静止的参考系中测得的高度。 12.2.3 设在'S 系中静止立方体的体积为3 0L ,立方体个边与坐标轴平行.求证在S 系测得 其体积为)1(23 0β-L . 12.2.4 一人在地球上观察另一个同龄恩到a-半人马座去旅行，该恒星距地球4.3 l.y . （光年），火箭速率为0.8c.当他到达该星时，地球上的观察者发现他的年龄增长 为自己年龄的几分之几？（设地球参考系中的人可直接观测宇宙飞船上的钟，设出发时二人均为20岁）. 12.3.1 杆的静长度为0l ，在O 系中平行于x 轴且以速率u 沿x 轴正向运动.求相对于O 沿 x 轴正向以速率u 运动的'O 系中观测者测得的棒长. 12.3.2 试证明若质点在' O 系中的速度为 c x ='υcos θ c y ='υsin θ 则在O 系中有 222c y x =+υυ 12.3.3 处于恒星际站上的观测者测得二宇宙火箭以0.99c 的速率沿相反方向离去，问自 一火箭测得另一火箭的速率 12.4.1 （1）冥王星绕太阳公转的线速率为s m /1083.43?.求其静质量为运动质量的百 分之几？（2）星际火箭以0.8c 的速率飞行，其运动质量为静止质量的多少倍？ 12.4.2 质子、+∑超子和+∏介子的静质量各为938.3 MeV 、1 189 MeV 和139.6 MeV,各 相当于多少千克. 12.4.3 伯利克的回旋加速器可使质子获得 5.4J 1110-?的动能.其质量可达其静质量的多少倍？质子的速度可达多少？ 12.4.4 质量为1u 的粒子的等价能量是多少兆电子伏？ 12.4.5 四维动量为

相对论笔记

相对论听课报告 黄杰 一、相对论的提出 牛顿所阐明的运动方程一直被认为是对自然的一种正确描述。第一次看出这些定律中存在的一个谬误，并且找到了修正它的方法是在1905年，这两件事都是爱婴斯坦所提出的。 当麦克斯韦电动力学方程组在伽利略变换下不满足相对性原理时，人们出现的第一个想法就是认为麻烦的根源在于当时只有20年之久的新的麦克斯韦电动力学方程组。看来相当明显的是，这些方程式是错误的，所要做的事就是改变他们，使得相对性原理在伽利略变换下得到满足。在这种尝试下，必须在方程组中引入新的项，而这些项预言了一些新的电现象，但一旦用实验来检验他们，这些现象根本不存在，因而这个尝试必须予以放弃。于是人们明白，麦克斯韦电动力学方程组是正确的。在1905年10月，德国《物理年鉴》杂志刊登了一篇《关于运动物体的电动力学》的论文，它宣告了狭义相对论假说的问世。正是阿尔伯特爱因斯坦的这篇看似很普通的论文，建立了全新的时空观念，并向明显简单的同时性观念提出了挑战。 二、狭义相对论 实际上爱因斯坦的相对论包括两部分内容。分别是1905年以来就存在的狭义相对论及1915年爱因斯坦发表的称为广义相对论的补充理论。前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。 狭义相对论建立在两条基本假设下：①相对性原理：物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式。②光速不变原理：在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值C。 其中光速不变原理等价于时空间隔不变性,即。 三、洛伦兹变换的导出 根据时空变幻的特点，我们可以确定，该变换应具备以下特点：①一一对应，②线性变换，③对称可逆。 然后我们来推导洛纶兹变换：

第十二章-相对论简介

第十二章 相对论简介 §12.1 狭义相对论的历史背景 一、麦克斯韦方程建立引起的问题。 1．1865年：麦克斯韦—《电磁场的动力学理论》；后：《电磁学》—麦克斯韦方程组。 认为：①电磁效应以有限速度传播；②预言了电磁波的存在；③认为他以前提出的“以太”媒质是存在的。以太的特性：可在填塞空间和渗入物体；它能运动，并将该运动从一部分传到另一部分。 问题是：“以太”是否存在？“实验验证”！ 2．电磁现象不服从伽利略相对性原理。 a. 对于力学现象：一条静止或匀速运动的船上的封闭的实 验，不能确定船是否运动。 b. 分析电磁现象： 设一刚性短棒两端有一对异号电荷q ±；与船前进方向成倾角θ放置。图a:船静止时，两电荷间只有静电吸引力 ' E E f f .。沿其连线，对短棒不形成力矩。 图b ：船以v 匀速前进，正负电荷的运动分别在对方所在处形成磁场B B '和（利用电流产生磁场的判定方法判定），方向如图所示。垂直穿入纸面内。 B v q f M ? ???= B v q f M '?='? ?? 这一对磁力对短棒形成力矩，使之沿逆时针转动。这样与静止不同，使可用比判定封闭的船是运动的。 我们的地球就是一条在“以太”中航行的太船，1902—1903年，特鲁顿和诺贝尔作了这类实验检验地球是否与“以太”媒质有相对运动。获得的是零结果→无法判定。 这说明：①用电磁理论与经典力学来分析，伽利略相对性原理本应对电磁现象失效，但实验表明，利用电磁现象，地球这个在以太中的大船是否漂移—零结果。②麦克斯韦方程对伽利略变换不具备不变性。 二、菲索与迈克耳孙—莫雷实验。 这些实验均是对“以太”的观察实验。 1．菲索在1851年所作的流水对光速影响的实验： 实验装置： 见382 p 设：光相对以太的速率为n c ，，c n 为折射率为真空中的光速。 以太被水流部分曳引，曳引系数为10,==。k k k 不拖动完全拖动，10<

狭义相对论公式及证明

狭义相对论公式及证明 单位符号单位符号 坐标： m (x, y, z) 力： N F(f) 时间： s t(T) 质量:kg m(M) 位移： m r 动量:kg*m/s p(P) 速度： m/s v(u) 能量: J E 加速度： m/s^2 a 冲量：N*s I 长度： m l(L) 动能：J E k 路程： m s(S) 势能：J E p 角速度： rad/s ω力矩：N*m M 角加速度:rad/s^2α功率：W P 一： 牛顿力学（预备知识） (一)：质点运动学基本公式：(1)v=dr/dt, r=r0+∫rdt (2)a=dv/dt, v=v0+∫adt (注：两式中左式为微分形式，右式为积分形式) 当v不变时，(1)表示匀速直线运动。 当a不变时，(2)表示匀变速直线运动。 只要知道质点的运动方程r=r(t)，它的一切运动规律就可知了。 (二)：质点动力学： (1)牛一：不受力的物体做匀速直线运动。 (2)牛二：物体加速度与合外力成正比与质量成反比。 F=ma=mdv/dt=dp/dt (3)牛三：作用力与反作与力等大反向作用在同一直线上。 (4)万有引力：两质点间作用力与质量乘积成正比，与距离平方成反比。 F=GMm/r2,G=6.67259*10-11m3/(kg*s2) 动量定理：I=∫Fdt=p2-p1(合外力的冲量等于动量的变化) 动量守恒：合外力为零时，系统动量保持不变。 动能定理：W=∫Fds=E k2-E k1(合外力的功等于动能的变化) 机械能守恒：只有重力做功时，E k1+E p1=E k2+E p2 (注：牛顿力学的核心是牛二：F=ma,它是运动学与动力学的桥梁，我们的目的是知道物体的运动规律，即求解运动方程r=r(t),若知受力情况，根据牛二可得a,再根据运动学基本公式求之。同样，若知运动方程r=r(t),可根据运动学基本公式求a，再由牛二可知物体的受力情况。) 二： 狭义相对论力学：(注：γ=1/sqr(1-u2/c2),β=u/c, u为惯性系速度。) (一)基本原理：(1)相对性原理：所有惯性系都是等价的。 (2)光速不变原理：真空中的光速是与惯性系无关的常数。 (此处先给出公式再给出证明) (二)洛仑兹坐标变换： X=γ(x-ut) Y=y Z=z

教科版高中物理必修3-4知识讲解 相对论简介

相对论简介 ： ： 【学习目标】 1．理解经典的相对性原理． 2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾． 3．理解狭义相对论的两个基本假设． 4．理解同时的相对性． 5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性． 6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的 7．知道相对论的速度叠加公式． 8．知道相对论质量． 9．知道爱因斯坦质能方程． 10．知道广义相对性原理和等效原理． 11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证． 【要点梳理】 【相对论简介】 要点一、相对论的诞生 1．惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立．这里加速的车厢就是非惯性系． 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系． 2．伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的．即任何惯性参考系都是平权的． 这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的． 3．麦克尔逊—莫雷实验 （1）实验装置，如图所示． （2）实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动． （3）实验原理： 如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明

学年高中物理 第6章 相对论 相对论简介学案 教科版选修34

相对论简介 【学习目标】 1．理解经典的相对性原理． 2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾． 3．理解狭义相对论的两个基本假设． 4．理解同时的相对性． 5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性． 6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的 7．知道相对论的速度叠加公式． 8．知道相对论质量． 9．知道爱因斯坦质能方程． 10．知道广义相对性原理和等效原理． 11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证． 【要点梳理】 要点一、相对论的诞生 1．惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立．这里加速的车厢就是非惯性系． 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系． 2．伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的．即任何惯性参考系都是平权的． 这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的． 3．麦克尔逊—莫雷实验 （1）实验装置，如图所示． （2）实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动． （3）实验原理： 如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明暗相间的条纹．如果射向1M 和2M 的光速不相同，就会造成干涉条纹的移动．我们知道地球的运动速度是很大的，当我们将射向M 的光路逐渐移向地球的运动方向时，应当看到干涉条纹的移动，但实际

高中物理 《广义相对论简介》教学设计 新人教版选修3-4

《广义相对论简介》教学设计 适用教材 人教版选修3-5第十五章第4节 教学目标 1．了解广义相对性原理和等效原理。 2．了解广义相对论的几个结论及主要观测证据。 3．通过本节学习，激发学生探索宇宙奥秘的兴趣，形成初步的相对论时空观。 教学重点 广义相对性原理和等效原理。 教学难点 理解广义相对论的几个结论。 教学方法 在教师的引导下，共同分析、研究得出结论。 教学用具： 投影仪及投影片。 教学过程 （一）引入新课 师：1915年，继狭义相对论发表10年之后，爱因斯坦又发表了广义相对论。这节课我们来了解一下广义相对论的基本原理和几个结论。 （二）进行新课 1．超越狭义相对论的思考 师：请大家阅读教材，回答狭义相对论中无法解释的两个问题是什么？

学生阅读、思考。 生：第一个问题，狭义相对论无法解释引力作用以什么速度传递，没有办法把万有引力理论纳入狭义相对论的理论框架；第二个问题，狭义相对论只适用于惯性参考系，为什么狭义相对论只在惯性参考系适用而在非惯性系不适用？狭义相对论本身无法解释。 师：爱因斯坦认真思考了以上两个问题，又向前迈进了一大步，把相对性原理推广到包括非惯性系在内的任意参考系，提出了广义相对性原理。 2．广义相对性原理和等效原理 师：广义相对性原理的内容：“在任何参考系中，物理规律都是相同的”，也可以理解为：“物理学定律必须对于无论哪种方式运动着的参考系都成立”。 师：在广义相对论中还有另一个基本原理这就是著名的等效原理。请大家阅读教材，看看什么是等效原理，它是如何提出来的。 学生阅读、思考。 师：（投影下图，做简要讲解。） 停泊在行星表面的飞船里，没有支撑的物体会做自由落体运动即匀加速运动，这是因为飞船处在行星表面空间的引力场中；如果飞船远离行星表面做匀加速运动，也会观察到没有支撑的物体的自由落体运即匀加速运动。我们不能根据飞船内的自由落体运动来判断飞船到底在加速运动，还是停在一个行星的表面。这说明一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是等效原理。 3．广义相对论的几个结论

相对论简介

1310相对论简介 【知识梳理】 一、狭义相对论的基本假设 1．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． 2．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的． 二、相对论质量m ＝ . 三、质能方程E ＝mc 2. 【针对训练】在狭义相对论中，下列哪些说法是正确的是( ) ①一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速 ②质量、长度、时间的测量结果都是随物体与观察者的相对运动状态而改变的 ③惯性系中的观察者，观察一个与他做匀速相对运动的时钟时，会看到这个时钟比与他相对静止的相同的时钟走得慢些 A ．①③正确 B ．①②正确 C ．①②③正确 D ．②③正确 【典型例题】如图所示，考虑几个问题： (1)如图所示，参考系O ′相对于参考系O 静止时，人看到的光速应是多少？ (2)参考系O ′相对于参考系O 以速度v 向右运动，人看到的光速应是多少？ (3)参考系O 相对于参考系O ′以速度v 向左运动，人看到的光速又是多少？ 【随堂训练】 1．设某人在速度为0.5c 的飞船上，打开一个光源，则下列说法正确的是( ) A ．飞船正前方地面上的观察者看到这一光速为1.5c B ．飞船正后方地面上的观察者看到这一光速为0.5c C ．在垂直飞船前进方向的地面上的观察者看到这一光速是c D ．在地面上任何地方的观察者看到的光速都是c 2．(2010·江苏模拟)下列说法正确的是( ) A ．光速不变原理是狭义相对论的两个基本假设之一 B ．由相对论知：m ＝m 01－??? ?v c 2，则物体的速度可以达到光速，此时其质量为无穷大

C．在地面附近有一高速飞过的火箭，地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了 D．根据广义相对论原理力学规律在不同参考系中是不同的 3．电子的电荷量为1.6×10－19 C，质量为9.1×10－31k g，一个电子被电压为106 V的电场加速后，关于该电子的质量和速度，以下说法正确的是() A．电子的质量不变 B．电子的质量增大 C．电子的速度可以达到1.9c D．电子的速度不可能达到c 4．(1)设宇宙射线粒子的能量是其静止能量的k倍．则粒子运动时的质量等于其静止质量的________倍，粒子运动速度是光速的________倍． (2)某实验室中悬挂着一弹簧振子和一单摆，弹簧振子的弹簧和小球(球中间有孔)都套在固定的光滑竖直杆上．某次有感地震中观察到静止的振子开始振动4.0 s后，单摆才开始摆动．此次地震中同一震源产生的地震纵波和横波的波长分别为10 k m和5.0 k m，频率为1.0 Hz.假设该实验室恰好位于震源的正上方，求震源离实验室的距离．

广义相对论方程的根本缺陷是没有热力学效应,既无热力以对抗引力

广义相对论方程的根本缺陷是没有热力学效应，既无热力以对抗引力 张洞生Email: zhangds12@https://www.sodocs.net/doc/138530207.html, 【内容摘要】：现在爱因斯坦的广义相对论方程几乎与所有当代的物理学的新观念联系在一起。比如，宇宙起源，奇点，黑洞，零点能，真空能，N维空间等等。然而，已经观测到的物理真实往往证实这些与广义相对论方程相结合的新观念的虚幻性和谬误。其中最明显而困惑科学家们数十年的“奇点”问题就是其中之一。宇宙中根本没有具有无穷大密度“奇点”存在的任何迹象。再如，按照J. Wheeler等估算出真空的能量密度可高达1095g/cm3。[9] 这些都是不可思议的。在本文中，作者改采用霍金的黑洞量子辐射理论和公式，只研究黑洞在其视界半径上的收缩和膨胀，而不研究黑洞的内部状态。结果，黑洞只能收缩成为普朗克粒子mp,而在普朗克领域消失，不可能最后收缩成为“奇点”。作者并由此证实许多新观点和结论比现代故弄玄虚的科学新观念显得更为可信可靠。 【关键词】：广义相对论，黑洞；奇点；宇宙黑洞；黑洞的霍金辐射；宇宙起源；字宙监督原理；普朗克领域；零点能；真空能；宇宙常数；N维空间；宇宙加速膨胀；多宇宙； 《1》. 科学研究的结论和结果取决于研究方法。 不同的研究方法会得出不同的结果和结论。但是不同理论的结论的正确与否只能根据是否符合观测和实验的数据予以确证。本文是将宇宙产生的膨胀和收缩都用霍金的黑洞理论和予以论证。当黑洞在其视界半径(Event Horizon)上因发射霍金辐射(Hawking Radiation)而收缩或者因吞噬外界能量-物质而膨胀时，其视界半径上各种物理量（参数）的变化，与其内部结构和物质密度的分布无关，而只与黑洞质量Mb有关。从而证明：黑洞的视界半径最后只能因不停地发射霍金辐射而收缩成为最小黑洞Mbm = (hC/8πG)1/2 =10-5 g = mp，即普朗克粒子时，就在普朗克领域爆炸消失。因此，黑洞就不可能在其视界内部的中心出现“奇点”。作者这种简单而有力的证明方法无需解复杂的广义相对论方程，避免了该方程中因单纯的引力收缩而最终产生“奇点”的荒谬结论。（附注：本文只分析广义相对论方程与真实物理世界差异所产生的问题，不涉及诸如惯性质量与引力质量等同性和所有参照系的等效性之类的抽象原理。）

知识讲解 相对论简介

相对论简介 编稿：张金虎审稿：XXX 【学习目标】 1．理解经典的相对性原理． 2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾． 3．理解狭义相对论的两个基本假设． 4．理解同时的相对性． 5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性． 6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的 7．知道相对论的速度叠加公式． 8．知道相对论质量． 9．知道爱因斯坦质能方程． 10．知道广义相对性原理和等效原理． 11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证． 【要点梳理】 【高清课堂：相对论简介】 要点一、相对论的诞生 1．惯性系和非惯性系 牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用，但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立．这里加速的车厢就是非惯性系． 相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系． 2．伽利略相对性原理 力学规律在任何惯性系中都是相同的．即任何惯性参考系都是平权的． 这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的． 3．麦克尔逊—莫雷实验 （1）实验装置，如图所示． （2）实验内容：转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动． （3）实验原理： 如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍，在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明

高中物理相对论知识点总结

高中物理选修3-4——相对论简 介知识点总结 1、惯性系：如果牛顿运动定律在某个参考系中成立，这个参考系叫做惯性系。相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系。相对于一个惯性系做变速运动的另一个参考系是非惯性系，在非惯性系中牛顿运动定律不成立。 2、伽利略相对性原理：力学规律在任何惯性系中都是相同的。 3、狭义相对性原理：一切物理定律在任何惯性系中都是相同的。 4、广义相对性原理：物理规律在任何参考系中都是相同的。 5、经典速度变换公式：。(是矢量式) 6、狭义相对论的两个基本假设： （1）狭义相对性原理，如3所述； （2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。 7、广义相对论的两条基本原理： （1）广义相对性原理，如4所述；

（2）等效原理：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。 8、由狭义相对论推出的六个重要结论（所有结论都已经完全得到证实）： （1）“同时”是相对的。 （2）长度是相对的。。是相对被测物静止的参考系中测得的长度，是相对被测物以速度运动的参考系中测得的长度，且的方向与速度的方向平行。 （3）时间是相对的。。是相对某参考系（如地面）运动的参考系中（如飞船内）的钟所测得的时间，是静止的参考系中（地面上）的钟所测得的时间。 （4）质量是相对的。。（静质量）是在相对被测物静止的参考系中所测得的质量，（动质量）是在相对被测物以速度运动的参考系中所测得的质量。 （5）相对论速度变换公式：。（是矢量式） （6）相对论质能关系公式：。其中是物体的动质量。 9、由广义相对论得出的几个结论： （1）物质的引力场使光线弯曲。如远处的星光经过太阳附近时发生偏折。

相对论简介总结

相对论简介总结 牛顿物理学在人类活动的“正常”范围内是非常准确的，宏观、低速、弱引力。同学们现在所考虑的问题正是因为我们身边的事物的速度都和光速相比简直不值得一提。相对论的诞生并不是完全否认了经典力学，只是有些现象利用经典力学无法解释了，所以物理学家才要去修正。 而大多研究物理的思想就是假设，进而得到证实。经典力学中，逻辑推理和试验验证在微观世界或者在其他的高速世界中已经不是一套完美的科学方法了。 爱因斯坦的狭义相对论（特殊相对论）和广义相对论（一般相对论）这是一部彻底颠覆经典物理学观念的创世之书。它否定了牛顿的绝对时空观，认为空间不是平直的欧几里得空间，而是在引力场中弯曲的黎曼空间；时间也不是独立于空间的单独一维，它无时无刻不在空间之中，与空间构成一个统一的四维时空整体。这是一部并非凭借双眼，而是用智慧发现并创建了宇宙新秩序的书。它揭示了宇宙所具有的超乎寻常的秘密；同时性的相对性；运动中的时钟变慢慢、尺缩效应；水星的近日点异动；光谱红移；引力场中时钟变慢等。 这是一部为航天科学、天文学等高新学科奠定了理论基础的书。它的质能公式E=mc2所显示的原子裂变的巨大能量，在成为新兴能源的同时，也变成了悬在人类头顶的达摩克利斯之剑。黑洞和暗能量的发现让我们开始接近宇宙的起源和终结。 总之，这是一部现代及未来科学最伟大的奠基之作。 高中所能接触到的教材是极其简单的 考点一：狭义相对论的两条假设。1.在不同惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。2.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。也是光速不变原理。 考点二：时间和空间的相对性。我们现在所说的时间是在一个局限的环境中，而相对论中所指出的空间和时间都具有相对性。地球上观察的两个事件的同时发生，不一定在别的参考系中也是同时的。 例如：地球上，在北京和上海同时出生的两个婴儿。一个人在从北京飞往上海的飞机上，飞机是速度和光速可以比拟，那么他看到的是上海的婴儿先出生。而，快速行驶的列车上，彻头彻尾的人能同事看到车中间发生的事。而车下的人，看到车尾的事件是先发生的。 考点三：相对观察者速度越小的时钟走的越快。最小相对速度为零。我们做过两个这样的题目，一人在火箭A上，火箭A的速度大于火箭B的速度，这个人观察到火箭A的时钟走的最快。另外一个题，是转盘上的三个物体，中间的时钟快，因为火箭A和人在，转盘和人的相对速度比较小。 例如：长度的相对性，一条沿自身长度方向运动的杆，其长度总比杆静止时的长度小。但是这个观察必须不能在杆上。要在杆的外面。在垂直运动方向上，杆的长度并没有发生变化。和这个理论统一的现象，在路边看高速飞驰过的火车，车窗变窄了，但是车的高度没有变化。如果坐在火车里的乘客，看到车窗的宽度和高度是不变的，他看到车窗外两个树木之间的距离会变小。也是这个原理。 时间间隔的相对性：一架告诉运动的飞机飞行一段时间后，在地面上的人看到飞机里的表变慢了。这个就是会见的延迟。因此飞船上的时间进程比地面上的慢，时钟走慢了，化学反应变慢了，甚至人的动作，新陈代谢也变慢了。试想，要是在一架以光速运动的飞机里，那么这个时间将是静止的，人永远停留在那一刻，摆钟都静止。1971年这个语言得到的证实。

狭义相对论读后感论文

题目三?你从狭义相对论中学到了哪一点是对你是印象深刻的？ 《狭义相对论》我中学就有耳闻，那时候虽然什么都不懂，只知道《狭义相对论》是很厉害的理论，也让我体会到了世界的奇妙，宇宙万物的高深，启发了我对科普知识的浓厚兴趣。 简洁来说狭义相对论有两条原理1.所有的物理定律在各个不同的惯性坐标系中都相同2.光速恒定不变E=MC2(平方)是根据这两条原理得出的，只是狭义相对论的一部分简单的讲就是除了物理定律和光速任何物质都是相对变动的，包括时间和空间。最让我印象深刻的就是狭义相对论的时空观，它让我对物质世界的理解又到了一种层次。 俗话说“覆水难收“意思是倒出去的水很难再收回来，时间也是这样，时间流逝了就很难再回来。但是爱因斯坦的相对论彻底的推翻了这些俗语，当达到光速的时候就有可能做得到穿越时空。 这些观点衍生出来了很多推论和假设，最出名和最让人感兴趣的就是双生子佯谬问题。 时钟佯谬或双生子佯谬 一对双生子A和B，A在地球上，B乘火箭去做星际旅行，经过漫长岁月返回地球。爱因斯坦由相对论断言，二人经历的时间不同，重逢时B将比A年轻。许多人有疑问，认为A看B在运动，B看A也在运动，为什么不能是A比B年轻呢?由于地球可近似为惯性系，B要经历加速与减速过程，是变加速运动参考系，真正讨论起来非常复杂，因此这个爱因斯坦早已讨论清楚的问题被许多人误认为相对论是自相矛盾的理论。如果用时空图和世界线的概念讨论此问题就简便多了，只是要用到许多数学知识和公式。在此只是用语言来描述一种最简单的情形。不过只用语言无法更详细说明细节，有兴趣的请参考一些相对论书籍。我们的结论是，无论在哪个参考系中，B都比A 年轻。为使问题简化，只讨论这种情形，火箭经过极短时间加速到亚光速，飞行一段时间后，用极短时间掉头，又飞行一段时间，用极短时间减速与地球相遇。这样处理的目的是略去加速和减速造成的影响。在地球参考系中很好讨论，火箭始终是动钟，重逢时B比A年轻。在火箭参考系内，地球在匀速过程中是动钟，时间进程比火箭内慢，但最关键的地方是火箭掉头的过程。在掉头过程中，地球由火箭后方很远的地方经过极短的时间划过半个圆周，到达火箭的前方很远的地方。这是一个"超光速"过程。只是这种超光速与相对论并不矛盾，这种"超光速"并不能传递任何信息，不是真正意义上的超光速。如果没有这个掉头过程，火箭与地球就不能相遇，由于不同的参考系没有统一的时间，因此无法比较他们的年龄，只有在他们相遇时才可以比较。火箭掉头后，B不能直接接受A的信息，因为信息传递需要时间。B看到的实际过程是

2013人教版选修(3-4)15.4《广义相对论简介》word教案

普通高中课程标准实验教科书—物理选修3－4[人教版] 第十五章相对论简介 新课程学习 15.4 广义相对论简介 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解广义相对性原理和等效原理。 2．了解广义相对论的几个结论。 （二）过程与方法 通过本节的学习，初步认识狭义相对论和广义相对论的基本原理。 （三）情感、态度与价值观 通过本节内容的学习，激发探索宇宙奥秘的兴趣，形成初步的相对论时空观。★教学重点 广义相对性原理和等效原理。 ★教学难点 理解广义相对论的几个结论。 ★教学方法

在教师的引导下，共同分析、研究得出结论。 ★教学用具： 投影仪及投影片。 ★教学过程 （一）引入新课 师：1915年，继狭义相对论发表10年之后，爱因斯坦又发表了广义相对论。这节课我们来了解一下广义相对论的基本原理和几个结论。 （二）进行新课 1．超越狭义相对论的思考 师：请大家阅读117页有关内容，说一说狭义相对论中无法解释的几个问题是什么？ 学生阅读、思考。 生：狭义相对论无法解释引力作用以什么速度传递；狭义相对论是惯性参考系之间的理论。为什么惯性参考系有这样特殊的地位？狭义相对论无法解释。 师：爱因斯坦认真思考了以上问题，又向前迈进了一大步，把相对性原理推广到包括非惯性系在内的任意参考系，提出了广义相对性原理。 2．广义相对性原理和等效原理 师：在任何参考系中，物理规律都是相同的，这就是广义相对性原理。 师：在广义相对论中还有另一个基本原理这就是著名的等效原理。请大家阅读教材，看看什么是等效原理，它是如何提出来的 学生阅读、思考。 师：（投影下图，做简要讲解。）

一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价，这就是等效原理。 3．广义相对论的几个结论 师：从广义相对论的两个基本原理出发，可以直接得到一些“意想不到”的结论。请大家阅读教材，说明得到了哪些结论这些解论的实验验证是什么？ 学生阅读，思考。 生1：第一个结论，物质的引力使光线弯曲。20世纪初，人们观测到了太阳引力场引起的光线弯曲。观测到了太阳后面的恒星。 生2：第二个结论，引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别。例如在强引力的星球附近，时间进程会变慢。天文观测到了引力红移现象，验证了这一结论的成立。 师：总结学生的回答。投影下图做必要讲解。 鼓励学生勇于探索，用于发现新的规律，为推动人类文明做出自己的贡献。 （三）课堂总结、点评 本节我们了解了爱因斯坦在对狭义相对论无法解释的几个问题的思考的基础上，提出了广义相对性原理和等效原理，从而创立了广义相对论。我们还了解了广义相对论的两个