大学物理狭义相对论时空观的教学讨论

在狭义相对论时空观的教学中,关键是要抓住光速不变原理这条主线,使学生既能从严密的数学逻辑理解又能从物理本质理解．本文根据作者多年的教学实践,就此对狭义相对论时空观教学进行了讨论．     

狭义相对论学习中学生的错误理解研究概述

狭义相对论作为经典物理与近代物理的分水岭,对学生认识科学本质具有深远的影响.然而实际教学与研究显示,学生对狭义相对论存在许多错误理解.为了解决这一问题,本文梳理了国内外关于狭义相对论学习的相关研究.根据狭义相对论的知识框架,总结了学生在狭义相对论学习中普遍存在的错误理解,并分析其背后的原因,以期为未来狭义相对论的教学与研究提供借鉴.     

《从零学相对论》连载

第1讲 狭义相对论的引入 相对性原理是牛顿力学的一个重要出发点.然而,麦克斯韦(以下简称麦氏)的电磁理论问世之后,相对性原理曾一度遭遇过严峻的挑战,最终导致狭义相对论的诞生.因此,要介绍狭义相对论的引入动机,有必要讲清以下三个问题: 1.什么是相对性原理? 2.麦氏电磁理论为何曾一度对相对性原理提出过严峻挑战? 3.上述挑战如何诱发爱因斯坦创立狭义相对论?     

相对论速度下导体杆内的动生电动势

按照狭义相对论,讨论了杆内附加磁场的作用.     

论狭义相对论的建立

主要从麦克斯韦的电磁理论、 迈克尔孙 莫雷实验和洛伦兹变换3个方面来阐述爱因斯坦创立狭义相 对论的重要基础. 并在此基础上, 通过爱因斯坦的论文、 信件、 演讲报告等资料阐述他本人对建立狭义相对论的描 述, 进一步加深对爱因斯坦狭义相对论的理解     

关于狭义相对论时空观教学的探讨

狭义相对论的时空观是大学物理教学中的重点内容,而反映狭义相对论时空观的同时的相对性、动钟变慢和动杆收缩效应是教学的难点。本文首先通过分析学生学习的难点所在,解读狭义相对论时空观与经典力学时空观的本质区别,然后通过典型例题教学,巩固狭义相对论的时空概念,解决学生盲目地将原时、静长等时空概念与狭义相对论中的静系与动系机械对应的问题,从而使学生真正理解相对论的时空概念,理解狭义相对论的时空观。     

从爱因斯坦火车到洛伦兹变换

爱因斯坦火车是狭义相对论中展示同时性的相对性的经典模型, 爱因斯坦利用该模型证明了“ 同时性 的相对性” . 在狭义相对论中, 空间和时间并不相互独立, 而是一个统一的四维时空整体, 不同惯性参考系之间的时 空坐标变换关系式与洛伦兹变换在数学表达式上是一致的, 通过分析爱因斯坦火车模型中光在不同惯性参考系内 到达车壁的时间, 利用简单的数学变换更加容易地得到了洛伦兹变换, 从而验证了洛伦兹变换在狭义相对论的核 心地位     

狭义相对论的数学问题（二）——洛伦兹变换的条件

在敦硕鸿《电动力学》教学中狭义相对论的基础上对洛伦兹变换的条件作了讨论，问题的提出看似简单，却很基本。     

大学物理教学中如何讲狭义相对论时空观

对狭义相对论时空观教学提出可行的教学方案,使学生既能够自然、轻松地理解狭义相对论时空观的主要内容,又能够体验爱因斯坦从平凡事件中发现非凡成果的物理思维过程.     

电磁学教学中对称性分析的积极意义

爱因斯坦狭义相对论的提出,导致对称性观念在物理学研究中占有重要地位,对称性要求对自然定律的形式是一条强有力的限制,对称性成为现代物理中的主角．阐述了对称性分析在电磁学教学中的积极意义。     

On the inertial mass concept in special and general relativity

Inertial mass in relativity theory is discussed from a conceptual view. It is shown that though relativistic dynamics implies a particular dependence of the momentum of a free particle on its velocityin special relativity, which diverges as v approaches c, the inertial mass itself of a moving body remains constant, from any frame of observation. However, extension to general relativity does conceptually introduce variability of the inertial mass of a body, through a necessarily generally covariant field theory of inertia, when the Mach principle is incorporated into the theory of general relativity, as a theory of matter.     

相对论中的若干“勾股定理”

本文总结了作者讲授电动力学与狭义相对论的若干心得与体会;运用四维闵可夫斯基空间张量的性质及其缩并运算法则,介绍了用各阶四维张量构造相对论不变量即四维标量的方法,进而在所得四维标量为负定的类时标量时,推导出若干典型的勾股关系,并应用或验证于若干简单情形.     

Measurement of the time dilation in rotational movements

Time dilation in rotational movement is shown to be a combination of two different phenomena: time dilation of theory of special relativity and time dilation of theory of general relativity. Two laboratory experiments are suggested to verify this. It is also shown that the uncertainty principle is covariant in the weak field approximations.     

静磁学的一种教学方案

在普通物理教学中以狭义相对论为基础，由库仑定律计算运动点电荷之间的作用力，从而可在理论上引出磁场定义和毕奥-萨伐尔定律。     

关于狭义相对论中"洛仑兹变换导出"的讲法的沿革

洛仑兹变换是狭义相对论中的一个关键问题，本文旨在对各种讲法作比较，从而求得对此问题有较全面深入的认识。     

The Mathematical Basis for Physical Laws

Laws of mechanics, quantum mechanics, electromagnetism, gravitation and relativity are derived as “related mathematical identities” based solely on the existence of a joint probability distribution for the position and velocity of a particle moving on a Riemannian manifold. This probability formalism is necessary because continuous variables are not precisely observable. These demonstrations explain why these laws must have the forms previously discovered through experiment and empirical deduction. Indeed, the very existence of electric, magnetic and gravitational fields is predicted by these purely mathematical constructions. Furthermore these constructions incorporate gravitation into special relativity theory and provide corrected definitions for coordinate time and proper time. These constructions then provide new insight into the relationship between manifold geometry and gravitation and present an alternative to Einstein’s general relativity theory.     

相对性原理及其对自然界定律的协变性要求--机械能守恒定律协变性疑难的解答

阐明狭义相对性原理的准确含义,批出它并不要求自然界每条定律都单独协变,但要求每条定律至少属于一个协变集合,给出最小协变集的求法。表明机械能守恒定律满足狭义相对性原理及其对自然界定律的协变性要求,还指出一切社会科学定律也都满足狭义相对性原理。     

狭义相对论中的重力及"潜水艇佯谬"

在狭义相对论范畴内,如果考虑地球周围较小区域内的动力学问题,可以用均匀质量密度的无限大平面产生的重力场替代地球的史瓦西场,从而得到较为简单的重力表达式.在此基础上可以很方便地解释所谓的"潜水艇佯谬".     

The principle of equivalence and theories of gravity

We construct classical theories of gravity on the basis of special relativity and the Einstein-Infeld accelerating-elevator thought experiment. The resulting theories share most of the main features of general relativity, namely the nonlinear character of the theory, the metrical significance of the gravitational potentials and the geodesic equation of particle motion. They differ from general relativity in at most nonlinear terms in the gravitational constant G in their equations of particle motion and field equations.     

Relativity versus the longitudinal magnetic field of the photon

The longitudinal magnetic field ascribed by Evans to a circularly polarized electromagnetic wave is discussed. It is proved that this theory is inconsistent with special relativity.