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自学考试物理(工)复习指导第十二章

2006-09-06 16:06   【 】【我要纠错

  第十二章 狭义相对论基础

  从本章起,所学内容很多是新的物理概念和处理问题的方法,对于我们的学习来说,近代物理学并不是重点章节,大多是一些识记与领会等内容,因此在学习时主要要领会与记忆一些重要概念和结论等内容。

  一、经典力学的时空观,相对运动,伽利略变换(识记)

  经典力学认为时间、空间和运动是彼此分离的,即绝对时空观。伽利略相对性原理指明:一切彼此作匀速直线运动的惯性系,对于描写运动的力学规律来说是完全等价的。就是说,不可能通过力学规律从中特别选出所谓的绝对静止的惯性系。

  伽利略变换式如下:

  X'=Xvt

  Y'=Y

  Z'=Z

  t'=t

  二、狭义相对对基础、洛伦兹变换(识记)

  天才的物理学家爱因斯坦在提出了两条基本原理:(1)相对性原理、(2)光速不变原理。这两条原理构成了狭义相对论的理论基础。

  (1)相对性原理:每个物理定律在一切惯性参照系中具有完全相同的形式(一模一样地进行着)。这说明运动描写只有相对的意义,而绝对静止的参照系是不存在的。在任一惯性系中所做的任何实验,包括光学实验,都不能确定系统本身的绝对运动。注意:伽利略的相对性原理只说“一切惯性系对力学规律是完全等价的。”而相对论相对论原理指出“一切惯性系对一切规律(包括力学、电磁学)是等价的。”所以它是伽利略相对性原理的推广。

  (2)光速不变原理:所测得的真空中的光速在任一惯性系中是完全相同的不变量。这一条是爱因斯坦引入的新的理论假设。

  关于洛伦兹变换式,作一下记忆。变换式表明,时间和空间不是彼此独立的,相对论的时空是互相联系的,和运动速度也是不可分的。由洛伦兹变换式也可看出,不同惯性系彼此间的相对速度不可能超过真空中的光速c,光速c是运动的极限速度,这是由相对论得到的一个重要结论。

  三、相对论的时空观,同时性的相对性、长度收缩、时间延缓

  洛伦兹变换式表明,对于分散在空间不同地点的事件,同时性和惯性系有关。对于同一地点的事件,如果它们在某一惯性系中是同时的,那么它们在一切惯性系中也都是同时的。但是在不同地点发生的两件事,在一惯性系看来是同时的,而在另一惯性系看不就不是同时的。所以同时性是相对的不是绝对的。它与空间坐标和相对速度有关。

  长度收缩:如果有一个人以光速象火箭那样“发射”出去,而我们在地面上测量他的身高,结果他的身高为零。这就是“长度收缩”效应。简言之,相对物体运动的坐标系中测物体的长度变短。

  讨论一下:在相对观察者静止的惯性坐标系xOz平面内一张正方形的画,在相对此坐标系x方向匀速运动的观察者看来它成什么形状?回答是成了一个长方形。这就是因为x方向的长度收缩效应。若是一个圆形,将是什么样的呢?

  时间延缓:从相对事件发生地点运动的坐标系中所测得的事件经历的时间间隔要比相对静止的坐标系所测得的时间要长。换句话说,如果一对情人在坐在一架光速飞船上打kiss,他们觉得自己只用了一秒钟,而在地球上看,他们却永远不停地在kiss,时间静止了?

  速度变换:在经典力学中,速度变换就是两个速度相加,而相对论速度变换则不是如此。如果在一架光速飞船上向前发出一速光。那么在我们地球上看来,这束光的速度是不是2c? 用伽利略变换就是,但那是错的,用相对论的速度变换可以得到光速还是c.应证了光速不变的原理。

  把时空变换、速度变换的式子记一下,做一些简单的计算应该是没问题的。主要还是识记和领会其结论。

  四、相对论动力学的基本结论(识记)

  1、物体的质量m是随速度而变的。速度越大,m将变大。

  2、质量和能量的关系。著名的E=mc2 ,这是相对论的另一个重要结论。称作爱因斯坦质能关系式。它具有普遍的性质,它青表明质量和能量是彼此不可分割的。但是质量变为能量和能量可变为质量的说法是不对的。质量和能量之间是不能相互转换的,但是它们之间有这样的量值关系。质量和能量分别遵守各自的守恒定律。

  3、动量和能量的关系:E2=c2p2+m20c4

  光子的静止质量为0,光子的动量为p=E/c

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