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.     

突破绝对时空观 人类认识深入到高速与字观世界（上）——科学发展的人文历程漫话之十三

考察了突破绝对时空观,人类认识深入到高速世界,建立狭义相对论的曲折过程及思想观念的艰难转变,包括牛顿的绝对时空观及其缺陷、狭义相对论建立前的重重迷雾、爱因斯坦创建狭义相对论的思路以及狭义相对论的最终被确认．     

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。     

狭义相对论时空观的教学探讨

当代大学生对相对论理论感兴趣,希望在广义相对论方面能进行深入的研究。然而狭义相对论原理是广义相对论理论的基础,同学们得先掌握狭义相对论理论。教学实践中发现,初学者常常不能很好地理解狭义相对论时空观。本文以两道典型的习题为例,分别基于K系和K′系来处理问题,分析事件发生的时空坐标,求解狭义相对论的时空问题。方法相互印证,使学生更容易掌握解决狭义相对论时空问题的方法。本文还提出了用相对论速度求解时空问题时容易忽视的问题,分析了错误产生的原因,并给出了正确的求解方法。     

爱因斯坦与狭义相对论的诞生

介绍了爱因斯坦建立狭义相对论的伟大贡献.狭义相对论与经典物理学的分水岭是"光速在真空中恒定"的假设.爱因斯坦首先提出"光速不变原理",首先指出"同时的相对性",并且首先放弃了以太概念.爱因斯坦是狭义相对论的唯一创建者.     

长杆的相对性转动

本文主要通过回顾和重新考察狭义相对论下长杆的匀速转动研究,指出伽利略公式在狭义相对论框架下是不自洽的.利用惯性系下的狭义相对论传递公式,通过连分数和递推关系,导出狭义相对论下匀速转动长杆的转速公式.这一相对性转动公式中,转动线速度总小于光速的情况,从而伽利略转动公式中的视界问题得到解决.文中还验证了相对论转动公式的自洽性,并比较了相对论长杆转动和经典转动的横向多普勒频移,其结果可用于检验相对性转动公式.     

由经典力学引入狭义相对论

为避免学生对狭义相对论产生畏难情绪,在引入狭义相对论时,不作洛伦兹变换公式的推导,通过例子计算给出相对论时空观的结论．     

爱因斯坦狭义相对论——一个老年初学者为学生们写的评述

以一个爱因斯坦狭义相对论的老年初学者的角度,对狭义相对论的主要内容作了评述,其中若干表述是基于作者自己的学习心得.     

狭义相对论中动尺收缩效应之认识

1905年,爱因斯坦创立了狭义相对论,从而把牛顿力学中对宏观低速物体的研究推广到高速运动的物体,得到了一套崭新的时空观.动尺收缩是狭义相对论时空观的经典效应,狭义相对论时空观的基础是同时的相对性.因此同时的相对性与动尺收缩效应存在必然的联系.     

相对论原本

本文介绍了在创建狭义相对论的过程中,"思想实验"和欧几里得《几何原本》对爱因斯坦的启发和影响.爱因斯坦是狭义相对论的唯一创建者.     

中心螺管模型线圈交流损耗计算及测试

中心螺管模型线圈选用 Nb Ti/ Cu复合超导材料 ,超导股线直径 0 .85 m m,Cu截面积与 Nb Ti截面积比为 1.38;经过 4级绞缆和成型 ,导体尺寸为 17.4 mm× 17.4 m m,中心冷却孔直径 4 .1m m。线圈用超临界氦冷却 ,流体进口温度为 3.8- 4 .2 K,压力 6 bar,每个流道流量 2 .2 g/ s。用量热法对中心螺管模型线圈进行了交流损耗测试并与计算值相比较 ,3次交流损耗电流分别是 :30 0 A/ s速度励磁和放电 ,最大电流 5 k A ,交流损耗测量值为每脉冲 78.3J;30 0 A / s速度励磁和放电 ,最大电流 7k A ,交流损耗测量值为每脉冲 14 0 .7J;4 0 0 A/ s速度励磁和放电 ,最大电流 7k A,交流损耗测量值为每脉冲14 5 .4 J;计算值分别为每脉冲 98J,1385 J,14 2 J;两者较好相符。     

一种可见光成像的目标检测跟踪方法

在末制导成像阶段目标占据视场的大部分面积,形状信息丰富,这时对目标体上某一固定点的稳定跟踪成为最主要的需求。针对图像灰度过于集中目标难于提取的问题,在图像预处理阶段提出了依据概率统计的图像灰度均衡的方法;为解决图像边角点的快速检测问题,提出了图像二维投影和滑动卷积相结合的方法;最终为实现快速稳定的跟踪,提出了依据角点匹配的形心跟踪方法。根据此算法的特点研制了FPGA+DSP的硬件平台,充分利用FPGA的并行流水特性和DSP的逻辑运算特点,能快速检测到目标形心和进行稳定地跟踪,验证了方法的有效性和实用性。此方法应用在某课题上,跟踪效果良好,为试验的圆满成功提供了保障。     

Parameter Optimizing Experiment for Laser Shock-procesing on Anti-fatigue and-Fracture Property of Metal

ＰａｒａｍｅｔｅｒＯｐｔｉｍｉｚｉｎｇＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒＬａｓｅｒＳｈｏｃｋ┐ｐｒｏｃｅｓｉｎｇｏｎＡｎｔｉ┐ｆａｔｉｇｕｅａｎｄ┐ＦｒａｃｔｕｒｅＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＭｅｔａｌＣＡＩＬａｎＹＡＮＧＪｉｃｈａｎｇＲＥＮＮａｉｆｅｉ（Ｊｉａｎｇ...     

相位光栅型波前曲率传感器

研制了一套相位光栅型波前曲率传感器。实验结果表明,相位型散焦光栅能消除零级衍射光的干扰,正负一级衍射光的衍射效率达到49%。用相差板引进波前畸变,进行了波前测量实验。用格林函数算法进行了波前恢复,并和Veeco检测结果进行了比较。制备的光栅型波前曲率传感器测量结果正确,峰谷值存在10%的误差,均方根值存在2%的误差。     

基于背景特征参数的激光雷达目标检测

激光雷达的弱小目标检测是激光雷达的关键技术, 其主要研究难点之一是在低信噪比下, 可用于区分目标与背景噪声的特征少。研究的对象是激光雷达的远距离目标回波, 主要指空中飞机目标。根据试验得到的数据, 发现目标点在背景中往往是一些孤立的点, 与背景的相关性较小。而背景中的任一点与前后背景点相关性较强, 可以用周围的点进行线形或非线性表示。为解决低信噪比下激光雷达的目标检测问题, 提出了基于背景特征参数的目标检测算法。运用高阶统计量作为背景特征值对杂波数据进行处理。在一个小区域内, 背景的高阶统计量不会有很大的起伏, 而目标在它所在的区域内具有相对突出的变化。信噪比得以提高, 然后通过恒虚警检测和多帧相关检测, 获取真正的目标。试验结果表明该方法非常有效, 实时性强, 具有较高的实用价值。     

SiO_2/TiO_2复合薄膜的制备及其可见光透过率

采用溶胶凝胶法在载波片上制备了SiO2/TiO2复合薄膜。研究了TiO2含量、热处理温度、热处理时间、薄膜层数及溶胶陈化时间对其可见光透过率的影响。结果表明:复合薄膜的可见光透过率随TiO2含量的增加而降低;当TiO2含量为20%时,薄膜会出现"变白"现象;当热处理温度为80℃时,透过率最高;当TiO2含量为30%时,溶胶陈化时间为3天,镀膜两次,80℃/3h热处理所得到的薄膜透过率可达到基体的100%,耐磨性良好。初步检测显示,该薄膜具有一定的光催化活性。     

L波段端面发射高效率磁绝缘线振荡器

 建立了磁绝缘线振荡器自磁绝缘的理论模型,给出了磁绝缘电流计算公式。然后给出了非线性稳态的最大轮辐电流计算公式,并据此分析了负载限制型磁绝缘线振荡器的最大效率。提出一种新型的端面发射型磁绝缘线振荡器,在二极管电压590 kV,二极管电流为55.47 kA情况下,粒子模拟得到周期平均功率6.1 GW左右,工作主频为1.24 GHz,束波转换效率18.64%左右。端面发射型磁绝缘线振荡器的效率比负载限制型磁绝缘线振荡器的最大效率提高6%左右。端面发射的电流不参与束波互作用,由于端面发射的电流比较小,在总电流不变的情况下参与束波互作用的电流增多,从而提高了效率。最后分析了角向磁场的分布以及自磁绝缘的情况。     

人眼光焦度客观式测量的图像采集处理研究

描述了人眼光焦度的测量原理。设计了一套光焦度测量采集处理系统。该系统是以一束红外脉冲光射入眼底 ,由CCD接受反射的眼底图像 ,将CCD图像进行数字化处理并存入SRAM。CPU采用重心法计算图像环中心坐标 ,以扫描法计算图像环的长、短轴 ,最后计算出人眼的光焦度值。研究结果表明 ,光焦度测量采集处理系统工作可靠、实用 ,能准确地测量人眼光焦度值     

超短脉冲激光选通电子学全息成象系统研究

本文介绍了最早到达光概念,分析了超短脉冲激光电子学全息实现选通最早到达光成象的原理.用超短脉冲激光拍摄全息图,相当于用多色光记录全息图,当用单色光再现这种全息图时,会给再现象造成一个模糊量.在一般全息理论中,只讨论了采用单色光记录全息图,复色光再现所造成的模糊量.因此,本文中讨论的是一个与此相反的问题,即用多色光记录全息图,单色光再现的情况,并且着重讨论了超短脉冲激光记录全息图的情况.最后得出结论,在用超短脉冲激光拍摄全息图时,最好采用象面全息术.     

基于Roujean和Ross-Li模型算法的不同户外光照南疆冬枣BRDF特性研究

不同光照下,如何消除或减小反演数据差异,提高检测精度,是目前南疆冬枣户外检测中遇到的一大难题,因此通过用高光谱相机获得的南疆冬枣二向反射分布函数（BRDF）测量值,采用最小二乘法拟合Roujean模型和Ross-Li模型的参数,最后对比Roujean模型和Ross-Li模型反演的结果,提出何种天气何段波长用何种模型反演效果最好的建议,实验结果表明：（1）多云天气,反演南疆冬枣线偏振度（Dolp）时,Ross-Li模型的R2是0.974 8,Roujean模型的R2是0.969 9;反演南疆冬枣强度分量时,Ross-Li模型的R2是0.972 3,Roujean模型的R2是0.974 9。阴天反演南疆冬枣Dolp时,Ross-Li模型的R2是0.965 1,Roujean模型的R2是0.977 8;反演南疆冬枣强度分量时,Ross-Li模型的R2是0.942 0,Roujean模型的R2是0.968 8。晴天反演南疆冬枣Dolp时,Ross-Li模型的R2是0.965 5,Roujean模型的R2是0.926 2;反演南疆冬枣强度分量时,Ross-Li模型的R2是0.928 5,Roujean模型的R2是0.833 1。整体反演的最佳方案是多云天气下的南疆冬枣Dolp用Ross-Li模型反演,强度分量用Roujean模型反演;晴天南疆冬枣Dolp和强度分量均用Ross-Li模型反演;阴天南疆冬枣Dolp和强度分量均用Roujean模型反演。（2）多波段反演的最佳方案是：多云天气下,反演南疆冬枣强度分量时,波长为1 000~1 100 nm范围,需用Ross-Li模型,波长为1 450~1 600 nm范围,需用Roujean模型,其余波段处两种模型均可;反演南疆冬枣Dolp时,在波长为1 300 nm附近,需用Ross-Li模型,其余波段处两种模型均可。阴天反演南疆冬枣强度分量时,在1 000~1 350 nm范围,需用Roujean模型,在1 600 nm附近,需用Ross-Li模型,其余波段处两种模型均可;反演南疆冬枣Dolp时,在1 000~1 350 nm范围,需用Roujean模型,在1 600 nm附近,需用Ross-Li模型。晴天反演南疆冬枣强度分量时,波长为1 000~1 350和1 600 nm附近,需用Ross-Li模型,其余波段处则无特殊要求;反演南疆冬枣Dolp时,在1 000 nm附近,需用Roujean模型,在1 600 nm附近,需用Ross-Li模型。探索出消除或减小反演数据差异的方法,为南疆冬枣户外检测提高精度奠定基础。