不依赖守恒定律推导相对论质速关系

相对性原理要求粒子的动量和能量对于速度的依赖关系在不同的惯性系中具有相同的函数形式,由此无需利用守恒定律和洛伦兹变换公式直接推导出相对论质速关系,证明了守恒定律和洛伦兹变换公式都不是推导相对论质速关系的必要条件.由相对论质速关系进一步可得到惯性系的广义洛伦兹变换公式,从而揭示了质能关系和质速关系是比洛伦兹变换公式适用范围更广的相对论基本公式.     

对运动电荷在匀强电场中的一点讨论

讨论一电荷沿x轴以初速υ垂直射入一匀强电场E0中(图一中的z方向).取电场E0为s’(x’,y’,z’t’)静止坐标系,观察者站在电荷q(s系)上看,s’系相对于s系以速度(-υ)运动,这时观察者将观测到原来的电场E0不再是E0.由电磁场的变换公式,在o’与o重合,即t=0时刻,在s系测得的电磁场为:式中　但在s’系看:把(2)式中的各分量代入(1)的变换式中变得s系中电磁场的分量这样站在s系看电行q的运动方程应是:但同时电场E0以速度-υ向左匀速运动,它的运动方程为 x=-υt. 于是电荷q相对于E0的等效运动方程是 解之得电荷的轨道方程:是一抛物线,轨道向x轴上…     

关于洛仑兹力公式的讨论

文[1]指出了对洛仑兹力公式中v存在三种理解:(1)电荷相对于磁场的速度;(2)载流导体中电荷相对于导体的速度;(3)电荷相对于观察者的速度,并通过具体例子说明了第(3)种理解才是正确的.本文拟由洛仑兹力公式形式的不变性,进一步说明v是相对于观察者的速度。进而指出公式中的E和B也是相对于观察者而言的. 设二个惯性系J和S’,S’相对于S沿X轴以u速度运动,如图一所示.在S系中运动电荷q的速度为v,则它在电磁场中受到的洛仑兹力为 如在S’系中来观察,我们要证明它受到的洛仑兹力与(1)式具有相同形式,即 f’=q’E’+q’v’×B’(2)式中各带撇的…     

狭义相对论的几何表示

文中提出了一种狭义相对论的几何直观表示方法,从而导出众所熟知的洛仑兹变换;并由此说明时间、长度的相对性,和导出运动粒子质量随速度变化的公式,这种方法较其它说明或推导方法直观而简单。 一、前言 在狭义相对论的文献中,对时空的几何表示有两种方法[1-2],第一种方法为闵可夫斯基几何方法,惯性系S以(x,ct)组成直角坐标,而相对于S系以匀速υ沿x方向运动(在t=t’=0时原点重合)的惯性系S’则以斜坐标(x’,ct’)表示(图1),两坐标系的坐标轴夹角φ1=tg’-1(　),其中c为光速。在这种表示法中,质点的位移在S和S’系中若要用同一世界线表示时,…     

相位不变性的若干讨论

考察了经典波动理论中的相位不变性,并且提出它作为物理学基本原理的直观依据———物理量的序列不变性.序列不变性是相对论原理的一个反映.从相位不变性出发,在给定时空变换关系下(伽利略变换和洛伦兹变换),得到波矢、频率和描述波包(类似于经典粒子)运动的群速度的坐标变换公式.另外,讨论了薛定谔方程、克莱因-戈尔登方程的相位坐标变换问题.对于薛定谔方程,我们认为量子力学中的复概率幅解放了经典波动情形下(波函数的实部具有独立物理意义)必须满足的相位不变性的约束,从而扩展了物理学的疆域,使它成为非相对论量子力学的基础;对于克莱因-戈尔登方程,它的解满足相位不变性,虽然对复波函数一般很难定义物理量序列的概念,但是对于克莱因-戈尔登方程,我们认为它也隐藏了某种序列不变性,并且结合倪光炯教授的双组分(正反粒子成分)观念给出了定义这种序列的一种可能性.     

光学成象中的矩阵方法(Ⅱ)──ABCD定理的应用和举例

单球面、平面镜和薄透镜是人们熟悉的光学元件.我们根据球面折射矩阵,利用ABCD定理,导出它们的成象规律,以此作为该矩阵方法的一个应用.一.单球面 1.焦距公式 如图 6所示,∑为折射球面,前后介质的折射率分别为n0和ni,由式(8),其光线变换矩阵是根据 ABCD定理式(13)Ri=AR0+B/CR0+D　　　(20)由 Ri=-∞,S0=R0=f0和R0=∞,Si=—Ri=fi,可得到物像空间的焦距公式两者之比 f0/fi=n0/ni　　(22)2.物像方程 将(21)和(22)代入(19)式,有 利用( 20),并考虑到 SO— R。, S;—一R;,可得 到折射球面的高斯公式 由图6,傍轴物POQ。的共轭像是P;Q;…     

超短脉冲三倍频中特殊群速度组合的分析

基于非线性耦合波理论,对比分析了超短脉冲三倍频过程中不同的特殊群速度组合模式下的谐波转换特性(转换效率和带宽等).利用分步傅里叶变换和四阶Runge-Kutta积分算法,对脉宽150 fs左右的超短脉冲在KDP晶体中的I类混频过程进行数值模拟,结果表明:三波包"不等速匹配"模式下的综合谐波转换性能(转换效率达到50%和转换带宽达到2 nm)整体要优于其他特殊群速度匹配模式;"三波包不等速"模式更有利于三波包间能量之间的耦合及转换.这一结论为进一步提高超短脉冲三倍频的转换效率及带宽具有理论指导意义.     

单模光纤正常色散区零色散波长附近的啁啾演变特性

利用傅里叶变换法,首次推出了单模光纤正常色散区中二阶、三阶色散共同决定群速度色散效应时,所致啁啾的解析表达式.利用数位解法,模拟了零色散波长附近群速度色散效应和自相位调制效应共同导致的啁啾演变过程.计算结果表明:啁啾为非线性的,且有极值,因而导致脉冲形状的畸变.     

对译文《相对论质量》作一点说明

译文《相对论质量》[1]介绍了一种推导相对论质量变换公式的简明方法.这里不妨对译文中的例子作点说明,以帮助近学者弄清有关的相对论的基本概念,对问题有个正确的理解. 首先,相对论中虽然动量P和能量E构成四度矢量,但当力满足反作用定律时,封闭系统的动量仍为一个守恒量[2].因此,于译文例中两个物体组成的封闭系统,碰撞前后动量守恒.动量守恒在S系中表述为 M00=m(V)V-m(-V)V(1)在S0系中表述为 M(V)V=m(U)U(2)式中M0为碰后两个物体合为一体时的静质量. 从式(1)只能得到 m(V)=m(-V)并不能给出其函数的具体表达式.要求变换关系具体表达…     

色散渐减光纤中超连续谱产生的数值模拟及优化

从脉冲在光纤中传输所遵循的广义非线性薛定谔方程出发,通过数值模拟对色散渐减光纤产生超连续谱(SC)进行了研究.结果表明:色散渐减光纤的色散斜率k、色散参量D0、参量L0和R及脉冲的峰值功率、脉冲宽度对SC谱的产生有着极其重要影响;在色散渐减光纤产生超连续谱的过程中,三、四阶群速度色散甚至更高阶群速度色散对超连续谱的影响完全可以忽略,但高阶非线性效应对SC谱的产生影响很小;计算表明对光纤和脉冲的各参量进行优化选择后,可以获得宽而平坦的超连续谱.     

Fibonacci序列一维光子晶体色散关系解析解和数值解的对比研究

利用转移矩阵方法给出Fibonacci序列一维光子晶体能带，等频率表面的解析公式，同时给出物理量，如等效相折射率、群速度、波矢量的解析式.利用解析公式以及时域有限差分方法对一维光子晶体的色散关系进行对比研究.结果表明：在强调制一维光子晶体色散关系的计算中，数值方法与解析方法得到的结果总体趋势保持一致.但在弱调制一维光子晶体中，等频率表面的数值结果出现了颠覆性的错误.因而，对于弱调制光子晶体色散关系的数值结果，必须通过解析计算或数值模拟计算等方法进行验证.     

洛伦兹变换的一种新推导

对于洛伦兹变换中两个惯性系S和S′系的约定提出了新思路,使x轴与x′轴反向,从而使S和S′系完全对称,简化了推导过程;并根据约定,从狭义相对论的两条基本假设出发,严格地推导出了洛伦兹变换式.     

Airy波包及其自加速效应

结合Airy(艾里)函数对线性势场中微观粒子的运动规律进行了研究.在此基础上,结合边界条件、归一化关系求解了线性势场和V型势场内粒子的波函数和能级结构.根据相对速度伽利略变换,研究了含时薛定谔方程的解——可积分的波包在自由空间的动力学行为,求解出自由空间艾里波包的运动规律和量子力学中艾里波包的唯一性.     

相对论质量

以下质量变换公式的推导由于共简明性可能对教师在他的无止境的研究中会有帮助。考虑一个相对于实验室So系以速度V运动的一维参考系S。设两个相同的物体相对于S系具有速度-V和 V。相对于So系,这两个物体的速度分别为0和U。相应的质量为mo和m(U)。根据对称性,发生一次非弹性碰撞,将使两个物体都静止在S系上。因此,动量守恒取以下形式: 并且,由著名的速度变换公式得出:从以上方程式中消去V,便可得相对论质量变换公式:选自: Amer.J Phys Vo48. No9(1980) p779.相对论质量@俞慕寒$哈尔滨师大附中高一(2)班 @L.C.Baird…     

关于非线性阻尼振动

本文利用“力学问题的逆问题求解方法”[1][2],来讨论非线性阻尼振动问题。1.非线性阻尼振动的解 已知非线性阻尼(与速度平方成正比)振动的运动方程这里我们只讨论第一个方程,因为只要以-β代β,则所得的结果对第二个方程适用。作变换 选取变换,使 ,以清除§议程中§2项,解得:或而§则满足方程方程(3)有Lagrangian而(3)或即L的Euler-Lagrange方程由于L不明显含t,故有Jacobi积分故即为(3)式的解,将(2)代入,得振动方程的解(7*)式不能表示作初等形式,但由(6)式将§再交换为x,得据此可以讨论运动的形象。2.初始条件对运动的影响 设初始位移x0…     

空间诱导产生艾里-贝塞尔光弹研究

利用波动方程,研究了脉冲贝塞尔光束在自由空间传输时的空间诱导群速度色散(SIGVD)效应. 结果表明,三阶SIGVD能使脉冲贝塞尔光束的时域逐渐演化为艾里分布. 由于艾里-贝塞尔光弹是一种新奇的时、空都不扩展的局域波包, 能在光与物质相互作用的很多应用领域发挥作用.因此,本文提出了 通过色散管理技术补偿二阶SIGVD,利用三阶SIGVD在自由空间产生艾里-贝塞尔光弹的方案. 为分析这种光弹的时空传输特性,数值模拟了它在色散介质中的传输情况. 结果表明,这种光弹能在色散介质中保持空域不衍射、时域不色散的稳定传输.     

相速度、群速度与超光速问题

相对论中指出了:真空中的光速c是信号传播的极限速度.然而.在一些力学、电磁学和光学书里,却常常看到相速度、群速度出现超光速的情况,这是否与相对论的理论相矛盾呢? 相速度、群速度都是用来描述波的传播的物理量.由于在实际情况中,无论是单色光源或者调谐锐度很高的无线电发射机,所发射的波总有一定的频率宽度,形成一个波列.因此,我们研究波的传播时,必须考察这一波列中所有单色波的合成波,它可以写作此频率区间 内所有各波的一个积分:由于ω=ω(K),ω0对应K0,△ω对应△K,将ω(K)在ω0附近展开:略去(2)式中的高次项,代入(1)式;由于A(K…     

流体力学的一个定理及在气象学上的应用(大气温度直降率的变化及对流顶同质点造成的条件)

一.基本关系的导出 设某量值s(k,y,z,t)在连续体中为x,y,z,t的函数,则其随质点运动的变化率可写成 ds/dt=s/t+u(s/x)+v(s/t)+w(s/z) (1)以上u,v,w,代表该质点在x,y,z三方向的分速;代表s数值在空间的陡度;其余符号与通常相同,将上式对x微分,得 (2)以连续方程 (3)中的u/x数值代入(2)式,此处ρ为连续的密度,In代表自然对数,则得     

螺旋线轨迹长度的计算

我们考虑这样一个问题:一个射入均匀磁场中的带电粒子的运动方程为x=-Rcoswt,y=Rsinwt,z=vt(1)其中R、v、w是常量.求此粒子走过的路程s与时间t的关系.     

关于质点弹簧系统在重力作用下的静平衡与振动

质点弹簧系统在重力作用下的静平衡状态由此系统的有效质量决定;其本征振动频率wn则由弹簧与质点的质量之比ml/m2 决定;Wn的平均值w与w2由此系统的初始条件决定,不同的初始条件导致不同的平均值.例如,若u(y,O)=uαf(y)=uaf(y)=u0y,则可得w2=k/(m2+1/3m1).并给出一个计算θ1:w1/w0的近似公式.