狭义相对论
1.电磁理论建立后预言了电磁波,由此引发了牛顿力学与电磁理论的矛盾?这个矛盾的实质是什么?解决这个矛盾有两条思路,请分别对它们作简要说明。
光速不变的推论与伽利略速度变换矛盾。思路1:以太学说:以太被认为是电磁波的传递介质,麦克斯韦方程只对“以太系”成立,光在以太系中的速度为c。 思路2:麦克斯韦理论是正确的,修改牛顿力学。
2.迈克耳孙—莫雷实验的目的是什么?实验结果与理论预言是否一致?实验结果说明什么?
为了观测“以太”是否存在而作的一个实验,是在1887年由阿尔伯特·迈克耳孙与爱德华·莫雷合作,在美国的克利夫兰进行的。 不一致,实验结果不支持绝对时空观的理论(没有实验证明,只是人类经验)
3.狭义相对论的公理(前提)是什么?它们是根据什么提出来的?实验基础是什么? 相对性原理和光速不变原理。
意大利科学家伽利略以天才的思考,证实了物理学著名的相对性原理。他这样告诉我们:把你和几位朋友关进一条大船甲板下面的大房间里,带上一些苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫。再找一个大桶,装满水,放几条鱼进去。找一个盛了水的瓶子挂起来,让它把水一滴一滴地滴进下面的一个细颈瓶里。船静止不动的时候,你可以观察到这些小飞虫以不同的速度向房内各个方向飞去,鱼向不同的方向游动,水滴落进下面的瓶子里。你把任何东西扔给你的朋友,只要距离相等,朝这个方向扔不比朝那个方向扔用更多的力量。你立定跳远,无论向哪个方向跳,距离都是一样的远。当你仔细观察了上述现象之后,用你想用的任何速度开船,只要运动是匀速的,也不忽左忽右地摆动,你就看不出上述各种运动有任何变化。你也不能通过它们中的任何一个现象来确定船是运动着呢,还是停着不动。归纳上述事实,就产生了物理学的相对性原理。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。
迈克耳孙—莫雷实验
4.在惯性系中可以用一把直尺确定坐标轴的标度,对这把直尺有什么要求?因为移动直尺时直尺的长度会改变,这把直尺的静长能改变吗?在惯性系中需要在各点设置测量时间的时钟,并校准它们的零点和快慢,这些是如何实现的? 直尺对于该惯性系静止。不能。
5.什么叫做事件?什么是事件的时空坐标?怎样测量一个事件的时空坐标?请举例说明。 在物理学中,事件是由它的时间和空间所指定的时空中的一点。分为同地事件和异地事件。
6.推导洛伦兹变换的前提是什么?推导分哪几步?每一步证明了什么? 前提是相对性原理和光速不变原理。推到分为(见笔记)
7.什么叫做固有时?什么叫做非固有时?怎样测量它们?试根据洛仑兹变换导出两者之间的关系?
固有时是物体本身所在的惯性系测得的时间。
8.什么是固有长度?什么是非固有长度?怎样测量它们?试根据洛仑兹变换导出两者之间的关系?
9.什么是因果律?试根据洛仑兹变换证明在狭义相对论中因果律仍然成立。 一旦时间旅行发生,因果律必定被扰乱。
10.试根据洛仑兹速度变换式得出光速不变的结论。 见pdf
11.设质点系由两个质点组成,它们所受的合外力为零,以该质点系为对象证明动量守恒定律经伽利略变换后数学形式不变。
12.设质点系由两个质点组成,并且两个质点在同一条直线上运动,它们所受的合外力为零。以该质点系为对象,根据相对论质量公式和洛仑兹速度变换式验证,动量守恒定律经洛仑兹变换后数学形式不变。
13.试根据功能原理和相对论动力学基本方程F?dP/dt导出相对论动能公式,并说明在物体的速度远小于光速时相对论动能公式回到牛顿力学动能公式。
14.根据能量守恒定律和相对论总能量与静能、动能的关系,证明核反应释放的能量公式
???E??m0C2。
15.在某惯性系中观察两个静质量为m0的全同粒子相向运动,速度为v,它们发生完全非弹性碰撞后合成一个复合粒子,试根据动量守恒和能量守恒求复合粒子的质量和能量。