浅谈如何给中学生介绍狭义相对论

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初中物理相对论与量子力学的疑难知识点详解

初中物理相对论与量子力学的疑难知识点详解

初中物理相对论与量子力学的疑难知识点详解相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱,它们的出现改变了我们对宇宙的理解。

然而,初中阶段的学生往往对这两个概念感到困惑,对其中的疑难知识点不太了解。

本文将详细解释初中物理中相对论和量子力学的一些疑难知识点,帮助初学者更好地理解这两个重要的学科。

一、相对论相对论是由爱因斯坦提出的物理理论,它反映了物质与能量之间的关系。

相对论主要包括狭义相对论和广义相对论,我们先来看看狭义相对论的一些疑难知识点。

1. 狭义相对论中的时间膨胀在狭义相对论中,时间膨胀是一个引人注目的现象。

当物体运动速度接近光速时,时间会相对变慢,这被称为时间膨胀。

这一概念常常让人感到困惑,因为我们在日常生活中并没有注意到时间的膨胀现象。

2. 相对论质量增加狭义相对论还指出,在高速运动下,物体的质量会增加。

根据质能关系E=mc²,当物体的速度接近光速时,它所具有的能量增加,从而导致质量的增加。

这也是相对论中的一个疑难知识点,需要仔细思考和理解。

接下来,我们转向量子力学的疑难知识点。

二、量子力学量子力学是描述微观世界的物理理论,它研究的是微观粒子的行为和性质。

以下是一些初中生常常感到困惑的量子力学知识点。

1. 波粒二象性量子力学中最核心的概念就是波粒二象性,即微观粒子既可以表现出波动性,也可以表现出粒子性。

这一概念对初学者来说往往难以理解,因为我们在日常生活中很难想象一个粒子既可以是波动的,又可以是粒子状的。

2. 不确定性原理不确定性原理是量子力学中的重要原理,它指出在某些情况下,我们无法同时准确地知道粒子的位置和动量。

这与牛顿力学中的经典物理不同,常常让人感到困惑。

以上是初中物理相对论和量子力学中一些疑难知识点的详细解析。

相对论和量子力学是现代物理学的基石,深入理解它们对我们解读宇宙的规律至关重要。

希望通过本文的讲解,读者们对这些疑难知识点有了更清晰的认识,能够更好地理解和应用它们。

高中必修阶段狭义相对论的教学探讨

高中必修阶段狭义相对论的教学探讨

高中必修阶段狭义相对论的教学探讨
高中学习的必修阶段不仅有各种学科的技能要求,还有大量的知识需要掌握。

而相对论是一种宏观上的物理学范畴,不仅是学生们必须掌握的知识,而且也体现出丰富的关联知识,能够丰富当代物理学的认知,成为高中学习的重要课程。

首先,相对论是一种较为深奥的物理学论文,学生要求具备一定的数学基础,结合深入的物理知识,过程比较漫长,但又具有较好的认知意义。

其次,要求学生正确理解相对论的基本原理,考核时可以结合一定的实验来测试,更能体现出学生的掌握程度。

此外,教师除了要求学生掌握相对论的基本原理之外,还要更多的强调历史前沿知识,包括物理师们研究出此论文的历程,把学生带入物理变革的兴奋之中,激励学生对物理学有积极认知的期许。

实践也不可缺少,因此要求学生可以将学习的知识结合起来进行实践,做一些相对论的模拟实验,体验相对论的能力之强大,从而领略出此论文的广大能力。

总之,高中必修阶段要求学生学习相对论,体现出物理学家们智慧的探索,并让学生有更丰富的理解。

教师们要做到知识的传授、实践的操练以及历史的认知,更好的促进学生们对相对论的学习,以谬误观点,有贴近实际学习的角度。

用普通初中生都能懂的文字介绍爱因斯坦狭义相对论

用普通初中生都能懂的文字介绍爱因斯坦狭义相对论

用普通初中生都能懂的文字介绍爱因斯坦狭义相对论《爱因斯坦狭义相对论》篇一嘿,同学们,今天咱们来唠唠爱因斯坦的狭义相对论。

这玩意儿可神奇了呢,就像是打开了一扇通往另一个奇妙世界的大门。

我先给你们讲个小故事哈。

想象一下,你在一辆超级快的火车上,这个火车的速度都快接近光速了,是不是很酷炫?这时候呢,你在火车里看车里面的东西,就和平常一样。

但是呢,对于火车外面站着的我来说,就有点不一样了。

火车里面的时间好像变慢了,就像那个时钟被施了魔法一样,滴答滴答走得比我手里的表慢。

这就是狭义相对论里说的时间膨胀。

也许你会想,这怎么可能呢?我当时也这么觉得,就像听到天方夜谭一样。

狭义相对论还说,当物体运动得特别快的时候,它的长度会变短。

这就好比你手里拿着一根长长的面条,你跑起来的时候,那面条就像被什么东西压缩了一样,变得短了。

不过,在你自己看来,面条还是原来那么长呀。

这就是运动的相对性带来的奇妙现象。

我觉得狭义相对论就像是一个超级神秘的魔法理论。

在我们的日常生活中,我们可感觉不到这些变化,因为我们的速度和光速比起来,那简直就是乌龟爬。

可是在宇宙这个大舞台上,那些高速运动的物体,比如说宇宙飞船啥的,就会出现这种神奇的现象。

我有时候就在想,爱因斯坦是咋想出这个理论的呢?他是不是有个超级大脑,像个超级计算机一样,能算出这些让人惊掉下巴的东西。

这个理论刚出来的时候,肯定有好多人都觉得他是在胡说八道吧。

就像我要是突然和你们说,你们跑起来的时候会变年轻,你们可能会觉得我疯了。

可是呢,经过这么多年的研究和验证,狭义相对论就像一座坚固的城堡,稳稳地立在科学的大地上。

咱再回到那个火车的例子。

如果火车上有个小朋友在玩球,他看到球是上下跳动的,很正常的样子。

可是对于火车外面的我来说,那个球的运动轨迹可就不是简单的上下跳动了,而是一个很奇怪的曲线。

这就是因为我们所处的参考系不一样。

狭义相对论就是在告诉我们,不同的参考系里,看到的东西是不一样的。

高二相对论知识点总结

高二相对论知识点总结

高二相对论知识点总结相对论是物理学中非常重要的一门学科,涉及到了空间、时间、质量等方面的概念和关系。

在高二学年,学生们开始接触和学习相对论的基础知识。

以下是对高二相对论知识点的总结与概述。

一、狭义相对论1. 相对性原理:无论处在任何参考系中,物理定律的表达式形式都是相同的。

2. 光速不变原理:光速在真空中具有不变的数值,与光源的相对运动无关。

3. 相对论尺缩效应:当物体相对于观察者以接近光速运动时,物体的长度沿运动方向会发生压缩。

4. 相对论时间膨胀效应:当物体相对于观察者以接近光速运动时,物体的时间会变慢。

5. 相对论质能关系:爱因斯坦的著名公式E=mc²,描述了质量与能量之间的等价关系。

6. 相对论速度叠加原理:当两个相对运动的物体相对于同一观察者时,它们的速度不是简单相加,而是通过相对论速度叠加公式计算。

二、广义相对论1. 引力与时空弯曲:引力不再被看作是一种力,而是由物质所占据的时空弯曲导致的物体运动规律。

2. 等效原理:在一个匀强重力场中的实验与在一个加速的参考系中的实验是等效的。

3. 时空间隔:广义相对论使用四维时空坐标来描述物体在时空中的运动,时空间隔表示两事件之间的距离。

4. 爱因斯坦场方程:描述了引力场的方程,同时也是天体物理学研究中的基本方程。

5. 黑洞:由非常庞大物体破坏了周围时空结构而形成的天体。

6. 引力波:由运动的质量产生的时空扰动,在2015年被LIGO 实验首次探测到。

三、相对论与实际应用1. GPS导航系统的精确度依赖于相对论的校正,尤其是时钟的误差修正。

2. 粒子物理学研究中,相对论为粒子的加速、碰撞提供了理论基础。

3. 太空探索中,相对论的应用可以帮助我们计算和预测太空船和行星之间的相对运动、轨道等。

4. 理论物理学中,相对论是许多理论和模型的基础,如量子场论、弦理论等。

总结:高二相对论知识点总结了狭义相对论和广义相对论的基本内容,包括相对性原理、光速不变原理、相对论尺缩效应、相对论时间膨胀效应、相对论质能关系、相对论速度叠加原理、引力与时空弯曲、等效原理、时空间隔、爱因斯坦场方程、黑洞、引力波等。

狭义相对论的原理及应用

狭义相对论的原理及应用

狭义相对论的原理及应用一、狭义相对论的概述狭义相对论是由爱因斯坦于1905年提出的一种极为重要的物理学理论。

它是相对论的最基本形式,描述了高速物体的运动与相互作用的规律。

狭义相对论基于两个基本假设:光速不变原理和等效原理。

光速不变原理指出光在真空中的速度是恒定不变的,不受光源和接收者之间相对运动的影响;等效原理则认为在世界各点的小区域内,被看作自由下落的参考系与独立运动的参考系具有等效性。

二、狭义相对论的原理狭义相对论的原理主要包括: 1. 相对性原理:物理学的定律在各个惯性参考系中成立; 2. 光速不变原理:光在真空中的速度对于所有惯性参考系都是常数; 3. 相对论动力学:物体的运动规律在高速情况下需要通过洛伦兹变换进行修正。

三、狭义相对论的应用狭义相对论在现代物理学中有着广泛的应用,下面列举了一些常见的应用:1. 时间膨胀效应(Time dilation)时间膨胀是指当物体相对于观察者以接近光速的速度运动时,观察者会感受到时间的变慢。

这一效应在实际应用中被广泛使用,例如在卫星导航系统中进行时间校正。

2. 长度收缩效应(Length contraction)长度收缩是指当物体相对于观察者以接近光速的速度运动时,观察者会感受到物体的长度变短。

这一效应在粒子加速器等实验中的设计和运行过程中必须考虑。

3. 质能关系(Mass-energy equivalence)质能关系是狭义相对论的核心之一,它表明质量和能量是可以相互转化的。

著名的方程E=mc²就是质能关系的体现。

这一原理的应用包括核能的释放和恒星的能量来源等。

4. 狭义相对论的电动力学(Electrodynamics)狭义相对论对经典电动力学进行了修正和推广,引入了洛伦兹变换和电磁场的相对论形式。

这一理论的应用包括研究高速粒子与电磁场的相互作用,以及光的传播等。

5. 狭义相对论在宇宙学中的应用狭义相对论在宇宙学中扮演着重要的角色。

它提供了描述宇宙大尺度结构和演化的理论框架,例如宇宙背景辐射的起源和宇宙膨胀的理论模型等。

狭义相对论的简单解释

狭义相对论的简单解释

狭义相对论的简单解释1. 简介狭义相对论是由爱因斯坦于1905年提出的一种物理学理论,用于描述高速运动物体之间的时空关系。

相对论是现代物理学中最重要的理论之一,它在解释宇宙和微观领域中的现象中起着关键作用。

2. 相对性原理狭义相对论基于两个基本原理:相对性原理和光速不变原理。

相对性原理指出,所有惯性参考系下的物理定律都具有相同的形式。

简而言之,无论我们处于任何匀速运动状态下,物理定律都应该保持不变。

这意味着没有绝对静止参照物,只有相对运动。

光速不变原理是狭义相对论的核心概念之一。

它指出,在真空中光速是一个恒定值,与光源和观察者的运动状态无关。

这个恒定值被称为光速常数,通常表示为”c”。

根据这个原理,无论观察者如何移动,他们测量到的光速都将保持不变。

3. 时空观念狭义相对论引入了一种新的时空观念。

传统的牛顿物理学中,时间和空间是绝对独立的,而在相对论中,它们却是相互关联的。

根据狭义相对论,时间和空间不再是绝对的,而是取决于观察者的运动状态。

当一个物体以接近光速运动时,时间会变得更慢,并且长度会在运动方向上收缩。

这种时空关系被称为洛伦兹变换,它描述了不同惯性参考系之间的时空转换规则。

洛伦兹变换包括时间膨胀效应和长度收缩效应。

4. 时间膨胀根据狭义相对论,当一个物体以接近光速运动时,时间会相对于静止参考系变慢。

这被称为时间膨胀。

假设有两个人:A在地球上静止不动,B乘坐一艘以接近光速运行的太空船。

当B返回地球后,他会发现自己的时间比A慢了一些。

这意味着B在太空中度过的时间更少。

这个效应已经通过实验证实,并且与爱因斯坦的理论预测非常吻合。

时间膨胀是狭义相对论中最重要的结果之一,它改变了我们对时间的理解。

5. 长度收缩与时间膨胀类似,根据狭义相对论,当一个物体以接近光速运动时,它在运动方向上的长度会收缩。

这被称为长度收缩。

假设有一艘太空船以接近光速运动,船长为100米。

根据相对论,当我们以地面上的观察者的角度来看这艘太空船时,它的长度将会变得更短。

浅谈狭义相对论在中学物理中的教学

浅谈狭义相对论在中学物理中的教学[摘要]以信息社会和市场经济为基本形态21世纪,全球经济一体化的进程急剧加速,知识经济初见端倪。

物理是自然科学的基础学科,其学科内容在今天这样的社会大背景下,势必要更新,要渗入现代物理知识的前沿内容,以适应21世纪科学技术的发展需要。

新颁布的中学物理教学大纲明确要求“重视科学态度和科学方法的教育,鼓励思考和创新意识”同时现行教材已引入了相对论的观点和极少部分知识,如时空论、质速关系、质能关系;回旋加速器的原理、牛顿定律的使用范围、原子能的利用……但,由于受应试教育的影响,教学中对此部分没有引起足够的重视,致使很多学生学完中学物理以后,往往把经典物理的某些观点、概念、定律看成固定不变的,普通使用的真理,把描述低速运动的物理定律绝对化了。

为了克服经典物理思想对学生的束缚,培养学生的科学创新精神,开阔学生的视野,扩展学生的思维。

结合中学物理教材的相对论,谈谈自己的做法,与大家共勉。

[关键词]狭义;相对论;物理教学1.结合教材讲授相对论基础知识开阔学生的视野拓展学生思维在学生掌握了经典物理基础知识的基础上,通过对比的方法,讲解教材中能够联系相对论的地方,扩展学生知识面,开阔学生的视野,培养学生的思维能力。

1.1时空是人们对时间、空间物理性质的看方法牛顿时空观认为:时间、空间、没有联系,物体的长度和时间间隔跟物体的运动速度无关,这种时空观成为绝对时空观,它是牛顿力学建立的基础。

相对时空观认为:空间与时间有联系,物体的长度与参照物的选择有关,当物体相对观察者以速度V运动时,测得其沿速度方向的长度为:(1)其中C为真空中速度,为当物体相对观察者静止时测量的长度,称为固有长度,因为V<C,则,这就是通常所说的在运动方向上长度收缩的相对论效应。

时间间隔与时钟的运动状态有关,即(2)其中为相对观察者静止的时钟所指示的时间间隔,称为有时间间隔,为相对第一观察者一速度V运动的另一观察者的时钟所测得的相应的时间间隔。

狭义相对论简介

狭义相对论简介狭义相对论是由著名的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦在1905年提出的一种物理理论,它革命性地改变了我们对时间、空间和物质的观念。

以下是狭义相对论的简要介绍:1. 物质与能量的等价性:狭义相对论的一个核心思想是质能等价原理,即质量和能量之间存在等价关系,由著名的公式E=mc^2表示。

这意味着质量可以被转化成能量,反之亦然。

这一概念在核物理和核能的理解中具有重要意义。

2. 相对性原理:狭义相对论的另一个基本原理是相对性原理。

它分为两部分:狭义相对性原理:物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式,无论观察者的速度如何,物理规律都是相同的。

这意味着没有绝对的静止参考系。

光速不变原理:光在真空中的速度(光速)对于所有观察者都是相同的,无论他们自己的速度如何。

这一原理导致了相对性原理的形成。

3. 时间与空间的相对性:狭义相对论改变了我们对时间和空间的观念。

根据理论,时间和空间是相对的,不同的观察者可能会测量到不同的时间间隔和长度。

这一效应在高速运动物体的情况下更为明显,被称为时间膨胀和长度收缩。

4. 狭义相对论的实验证实:狭义相对论的预测在众多实验证实中得到了验证,其中最著名的是哈特温实验、双生子佯谬、和质子和其他高能粒子的行为。

这些实验证明了爱因斯坦的理论的准确性。

5. 应用领域:a. 全球定位系统(GPS):GPS是一种卫星导航系统,它利用多颗卫星围绕地球轨道运行,通过接收卫星发射的信号来确定地球上任何地点的精确位置。

狭义相对论的时间膨胀效应和特殊相对论修正对GPS的精确性至关重要,因为卫星的高速飞行和地球上的引力场会导致时间的变化。

b. 核物理和核能:狭义相对论的质能等价性原理(E=mc^2)对核物理和核能产生了深远影响。

它解释了核反应中质量和能量之间的相互转化,这是核武器和核能反应的基础。

c. 高能物理:在高能粒子加速器中,如大型强子对撞机(LHC),粒子的速度接近光速,因此需要考虑狭义相对论效应。

高中物理相对论知识点汇总

高中物理相对论知识点汇总相对论是一门深奥而又重要的物理学分支,涉及到时间、空间、运动等方面的理论和实验。

在高中物理课程中,相对论知识点通常属于较为抽象和难以理解的内容,但却是建立在经典物理基础上的重要理论。

本文将对高中物理中涉及到的相对论知识点进行汇总和解读,帮助同学们更好地理解和掌握这一重要的物理学科。

1. 狭义相对论狭义相对论是相对论的最早形式,建立在爱因斯坦的相对论原理的基础上,主要研究运动的物体之间的相对性。

在狭义相对论中,最著名的是质能方程E=mc^2,其中E代表能量,m代表质量,c代表光速。

这个公式揭示了质量和能量之间的等价关系,即质量可以转化为能量,反之亦然。

2. 相对论效应在高速运动的情况下,时间和空间会发生相对论效应,即时间的流逝和空间的扭曲会随着观察者相对速度的不同而表现出不同的状态。

著名的双生子悖论就是相对论效应的一个经典例子,其中一个双生子在高速运动后回到地球时,发现自己的另一半已经年老,这展示了时间流逝的相对性。

3. 光速不变原理光速不变原理是狭义相对论的重要基础,即不论光源相对于观察者的运动速度如何,光速恒定不变。

这一原理改变了牛顿的经典物理观念,揭示了光速在自然界中的独特地位。

光速不变原理也是相对论原理的一部分,为后续的广义相对论奠定了基础。

4. 相对论的应用相对论不仅在理论物理学中有着重要地位,也广泛应用于实际生活和科学技术中。

GPS卫星导航系统就是基于相对论原理设计的,考虑到卫星运动速度较快和地球引力场的影响,GPS系统能够实现高精度和高稳定的导航定位。

相对论还可以解释核反应、宇宙演化等现象,对整个宇宙的理解和科学发展产生着深远的影响。

总结:相对论作为物理学的重要理论之一,为人类理解宇宙和改变世界奠定了坚实的基础。

在高中物理学习中,充分理解和掌握相对论知识点,不仅可以帮助学生提高对物理学的认识和理解,还可以激发学生对科学的兴趣和探索精神。

相对论知识点的汇总和解读,有助于学生全面掌握这一重要物理学科,为未来的学习和科研打下坚实的基础。

《狭义相对论的基本原理》 讲义

《狭义相对论的基本原理》讲义在物理学的发展历程中,狭义相对论无疑是一座重要的里程碑。

它彻底改变了我们对时间和空间的理解,对现代物理学的发展产生了深远的影响。

接下来,让我们一同深入探讨狭义相对论的基本原理。

一、相对性原理相对性原理是狭义相对论的首要基本原理。

它指出,物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。

这意味着,无论我们处于何种匀速直线运动的惯性参考系中,进行物理实验和观察所得到的结果应该遵循相同的物理规律。

为了更好地理解相对性原理,我们可以想象这样一个场景:在一辆匀速直线行驶的火车上,有一个人在做一个物理实验,比如测量光在真空中的传播速度。

同时,在地面上也有一个人在做同样的实验。

按照相对性原理,他们所得到的测量结果应该是完全一致的,不会因为火车的运动状态而有所不同。

相对性原理打破了传统的绝对时空观。

在牛顿力学中,存在着一个绝对静止的参考系,而狭义相对论则否定了这种绝对静止的存在,强调了参考系的相对性。

二、光速不变原理光速不变原理是狭义相对论的另一个核心基本原理。

它表明,真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的,与光源和观察者的相对运动状态无关。

这一原理与我们日常生活中的经验似乎有所冲突。

通常,当我们观察一个运动的物体时,它的速度会因为我们自身的运动状态而发生变化。

但对于光来说,情况却完全不同。

无论我们是朝着光源运动,还是背离光源运动,或者光源本身在运动,我们测量到的光速始终是一个恒定的值,约为 299792458 米/秒。

为了验证光速不变原理,科学家们进行了许多实验。

其中,迈克尔逊莫雷实验是一个重要的例证。

这个实验试图测量地球在以太中运动时对光速的影响,但结果却发现光速没有任何变化,这为狭义相对论的提出奠定了实验基础。

三、时间膨胀狭义相对论带来的一个令人惊讶的结果是时间膨胀。

当一个物体以接近光速的速度运动时,相对于静止的观察者,运动物体上的时间会变慢。

这可以通过一个简单的思想实验来理解。

假设在地球上有一个精确的时钟,同时在一艘高速飞行的宇宙飞船上也有一个相同的时钟。

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浅谈如何给中学生介绍狭义相对论
作者:陈骏,汤宏,孟波
来源:《教育教学论坛》2014年第30期
摘要:首先介绍了狭义相对论的基本原理,包括狭义相对性原理和光速不变原理。

然后用简单的数学探讨了动钟延缓和动尺缩短。

最后给出了爱因斯坦建立广义相对论的动机。

关键词:狭义相对性原理;光速不变原理;动钟延缓;动尺缩短
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)30-0275-03
在绝大多数人的眼中,无论是学文科的还是学理科的,尤其是中学生,狭义相对论很玄、很神秘,于是大家就认为狭义相对论的基本思想也很难了,其实不然。

下面我们就用简单的数学讨论狭义相对论的部分结果。

一、历史背景
19世纪末期,经典物理学的发展已经比较完善了,描述宏观低速物体的运动规律有牛顿的经典力学,描述热学相关的规律有热力学和玻耳兹曼——麦克斯韦统计物理学,描述电磁现象和光学的规律有麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式。

但是对于真空中光速恒定和黑体辐射的解释还存在较大的困难,也正是对这两个问题的思考和研究,诞生了近现代物理学中的狭义相对论和量子力学。

电动力学中真空达朗贝尔方程的解推迟势为:
φ(■,t)=■■dV',(1)
■(■,t)=■■dV',(2)
可见电磁场的变化总是滞后源的变化■的时间,这里C是电磁作用传播的速度,没有指定传播的方向,也就是相对于参考系沿任何方向都是C,这与牛顿力学中的观点也就是普通人的观点是相悖的。

牛顿力学中,如果火车以v1=10m/S的速度向前匀速行驶,火车上的甲以
v2=2m/S的速度前进,那么甲相对于地面上的观察者来说就是12m/S的速度前进。

这似乎没有什么问题,但是把甲换成火车的灯问题就来了,灯光相对于火车是C,但是相对于地面观察者的速度是牛顿力学的观点V1+C,还是电动力学的观点C呢?基于对电动力学中光速不变的思考,爱因斯坦在1905年提出了两条基本假设:(1)狭义相对性原理:所有惯性参考系都是等价的。

(2)光速不变原理:真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为C。

然后建立了狭义相对论。

二、动钟延缓
考虑两架飞机A和B,在离地面相同高度的水平面上以速度并排向东飞行,首先飞机A 发出雷达波探测飞机B,然后反射的雷达波被飞机A接收(如图1)。

在S'系(飞机A上)观测这一过程所用的时间是
t'=2■ (3)
在S系(地面上)观测这一过程所用的时间是t,在直角三角形OBA1中由勾股定理有:
(■)2+l2=(■)2. (4)
因为飞机在南北方向上没有相对地面运动,所以南北方向上的距离是一样的,即:
l=l2. (5)
联立(3)、(4)和(5)式,我们有动钟延缓公式:
t=γt'. (6)
式中γ=1/■,可见只要v≠0,就有γ>1,也就是在地面上观察飞机上的标准钟比地面上的慢。

可见,不同参考系中标准钟的快慢是不一样的。

当γ=365的时候,“天上一日,地上一年”的事情是会发生的,就因为所处的参考系不一样。

既然不同参考系中观测同一物理量是不一样的,那么为何这种不同没有早被发现呢?考虑以八百米每秒速度飞行的飞机环绕地球一圈要五万秒时间,而动钟延缓只有1.78×10-7S,这么微小的区别当然不容易被发现了,只有使用精确度很高的原子钟才能测量这么小的差别。

1971年飞机载原子钟飞行的实验直接证实了这一结论。

三、动尺缩短
在S系中,飞机A在A1处发出雷达波,在A2处接收到反射回来的雷达波,飞机飞过的距离是
d=A1A2=vt. (7)
在S'系中观测是A1A2以-v的速度向后运动,所用的时间是t',所以这一长度为
d'=vt'. (8)
结合(6)式和(7)式有
d'=■. (9)
式中d是A1A2静止在系中的长度,而d'是A1A2相对于飞机运动时所测得的长度。

因此可得运动方向上的长度是静止长度的■倍,(9)式就是动尺缩短公式。

四、运动的质量改变
物体运动的时候,其质量不是一个恒量,而是一个随运动速度增大而增加的物理量。

因此运动物体的质量可以看作是一种等效质量,叫运动质量。

由动量守恒定律和狭义相对性原理可以证明物体的质量与速度之间的关系为:
m(v)=m0 /■. (11)
式中m0为物体静止质量。

可见物体速度增大相应的质量就增加,要使物体速度增大到光速,需要无穷大的能量,因此有静止质量物体的速度是不会超光速的。

1901年和1902年Kaufmann测量电子荷质比时发现荷质比随着速度的增加减小,但是解释不清楚。

直到爱因斯坦建立狭义相对论后才正确的解释这一规律。

1908年,Bucherer所做的实验证明了物体质量随速度变化的关系满足狭义相对论中(11)式中的结果。

动钟延缓、动尺缩短和物体运动质量改变等现象是惯性系中光速恒定造成的,是普遍成立的。

在日常生活中,我们接触的物体运动速度v满足
v
这时γ≈1,也就是运动时间与静止时间相等,时间是绝对的,同理这时的空间也是绝对的。

这也是人们认为动钟延缓、动尺缩短和物体运动质量改变等狭义相对论的概念很离奇的原因。

五、结束语
就因为看问题的角度不同,也就是所选的参考系不一样,会使物理规律具有不同的表现形式如动钟延缓、动尺缩短和质量变化等,真是“横看成岭侧成峰,远近高低各不同。

不识庐山真面目,只缘身在此山中。

”其实,我们对世界、对真理的认识不也是管中窥豹,只见一斑吗?不过没有关系,只要我们每个人都拿着管子去看豹子、去发掘物理规律,那么把这千千万万的结果综合起来就是物理的规律、世界的真理。

谈到这里,请大家思考下面的问题:为何只有惯性参考系平权?非惯性系不好吗?非惯性系没有惯性系优越?世界上有完全的惯性参考系吗?基于对上述问题的思考,爱因斯坦认为所有的参考系都是平权的,建立了广义相对论。

参考文献:
[1]郭硕鸿.电动力学[M].北京:高等教育出版社,2010:160.
[2]蔡圣善.经典电动力学[M].上海:复旦大学出版社,2011:52.
[3]Charles-Michel Marle. Relativity,the Special Theory,explained to Children(from 7 to 107 years old)[J].arXiv:1402,2185.
[4]Miron Tuval,Asher Yahalom.Newton's Third Law in the Framework of Special
Relativity[J].arXiv:1302,2537.
[5]王永久.相对论天体和宇宙[M].长沙:湖南师范大学出版社,2010:26-27.
[6]W.Kaufmann.Die magnetische und elektrische Ablenkbarkeit der Bequerelstrahlen und die scheinbare Masse der Elektronen[J].GN1901,(2):143–168.
[7]W.Kaufmann.Die elektromagnetische Masse des Elektrons(The Electromagnetic Mass of the Electron[J].PZ1902,4(1b):54–56.
[8]A.H.Bucherer.Messungen an Becquerelstrahlen Die experimentelle Best?tigung der Lorentz-Einsteinschen Theorie[M].PZ,1908.
基金项目:凯里学院博士教师专项课题(BS201326)资助。

作者简介:陈骏(1978-),男,湖南永顺人,博士,讲师,主要从事现代引力与场论方面的研究。

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