高中物理3-4中的相对论 要如何分析啊/?

作者&投稿:鲁贸 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
高中物理选修3-4里面的相对论关于时间间隔公式的推导是严谨的吗?还是说只是应付高中生?~

是的,书中只是简单的分析。要推导的话,先根据光速不变原理和相对性原理得到洛仑兹变换式,从洛仑兹变换式可以很方便地推导出时间间隔公式、长度收缩公式、同时的相对性等。

  基本不考。建议弄清相对论的概念。

  相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立,依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关。
  狭义相对论和广义相对的区别是,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。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。它发展了牛顿力学,推动物理学发展到一个新的高度。
  狭义相对性原理是相对论的两个基本假定,在目前实验的观测下,物体的运动与相对论是吻合很好的,所以目前普遍认为相对论是正确的理论。
  

在中学物理中讲了相对论,其中介绍了洛伦兹变换、狭义相对论和广义相对论的简单推导的解释。

在我的印象中好像没有太难的问题。

如果感觉不好理解,可能是没有彻底的站在相对性的角度去考虑问题。

 

我们平时说高速运动的系统上的时间变慢,沿运动方向上的距离缩短,其实是简单的形象表述。

如果认真的学过课本中的相关内容就会发现,其实站在相对性的角度上说,上面的说法只是以参照系收看到的现象。并不是运动系统上看到的现象。这种说法使很多并没有真正理解相对论的人产生了误解,或者说上面的说法误导了没有学过相对论的人的思路。

 

上图中A是相对O以速度v运动的惯性系。B是A上的一点。

在A与O重合的时刻,一光子从A垂直向上射出,经过t' 的时间到达B,光子的路程是ct'。在O为参照系看,光子的路径是ct,并且在t 时间内A移动了vt的距离。

三个距离的关系是: (ct')²+(vt)²=(ct)²

解出t' 就是:t'=t×√(1-v²/c²)

 

这个公式不加解释就会让人感觉运动的惯性系上的时间变慢了,但是好好看看上面的图会发现什么?

速度v对ct' 没有任何影响,受v影响的只是ct 。

也就是说,实际上是静止的参照系上观测到t 的数值变快了,洛伦兹变换的意义在于修正这个测量值,而不是修正运动系统上的t'。

 

如果还不好理解,我们再用下面的例子来说明一下:

假如你在路边的椅子上看书,你相对你坐的椅子是静止的。
相对旁边走过的行人,你的速度可能是1.3米/秒
相对路上驶过的汽车,你的速度可能是13米/秒
相对正在起飞的飞机,你的速度可能是130米/秒
相对正在飞行的炮弹,你的速度可能是1300米/秒
相对宇宙空国际间站,你的速度可能是13000米/秒
相对一颗掠过的流星,你的速度可能是130000米/秒
……
因为可以指定无数个参照系,所以你可以有无数种速度。每个参照系上观察你的情况都不同,而你自己始终不变,你在看书和旁边有没有人起跑有什么关系?和有没有飞机有什么关系?在那些参照系上看到你的时间不同,你会跟谁的观测结果变?其实你根本不在乎任何一个参照系上说你的时间变快了还是变慢了。变快变慢是它们的看法,和你无关。

上面是狭义相对论的主要内容,中学学的相对论内容主要计算题也只限于狭义相对论部份。

 

广义相对论中涉及了更普遍的相对性问题,主要是非惯性系的问题。

中学介绍的广义相对论内容只讲了一些简单的概念和结论,并没有复杂的计算题。

我们知道速度是相对的,那么加速度也一定是相对的。比如两个同时在做自由落体运动的系统,互相以自己为参照系的时候,观测对方就是惯性系。在这里,重力没有了,加速度消失了,引力场强度变成了0。显然我们看到的加速度也是相对的。那么加速度是相对的,F=ma  显然力也是相对的,速度是相对的,动能就是相对的。一切实在的结论必须依附于指定的参照系才有意义。

 

但是,假如我们的宇宙中只有两个质量不同的天体,没有任何其他的参照系的情况下,两个天体因引力互相加速靠近,引力是相同的(力和作用力大小相等),加速度是相同的,质量为什么不同?显然,质量也是相对的。

 

F=ma换个写法就是 a=F/m ,加速度=引力场强度(单位质量所受的引力)。

 

F=ma两边乘上距离就是功,也就是能量总和。E=FS=maS=mv²,前面说了,单独一个物体不存在速度,或者说速度是任意值,所以这里的v代表的是一个量纲,而这个量纲必须是相对任何物体都恒定不变的值,因此,这里的v就是相对任何系统都不变的光速c。

因此质能公式就是E=mc²。



高中物理的相对论看起来很难,其实只要知道时间随速度变慢,长度随速度同向缩短,基本就可以了。


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尤彦阿乐: 按照相对论能量与质量是对应的不可分割的,也就是有能量必有质量,有质量必有能量,关系为E=mc^2,所以物体被加速后将同时获得能量和质量,摩托车的能量来自自身,所以质量也来自自身,总质量不变(电池变轻,车身变重),电车能量来自外界,质量也来自外界,总质量增加.

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尤彦阿乐: 分为狭义相对论和广义相对论,其中狭义相对论有几个基本假设.1.一切物理规律在任何惯性系中都是相同的;2.光速不变原理:真空中的光速在任何惯性系中都相同,且与光传播的方向和光源的运动状态无关.有了这2条假设其他的就是建立模型,进行数学推导.分为相对论运动学与动力学,运动学包括速度变换,特殊Lorentz变换与Thomas进动,加速度变换,Doppler频移和延迟效应.动力学包括四维速度与四维加速度,点粒子的自由运动,点粒子的Doppler效应与轨道偏差,点粒子在外力作用下的运动,和多粒子系统运动学.

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