大学物理相对论部分教学中的几点探讨

大学物理中狭义相对论部分较难理解,本文结合洛伦兹变换,分析了相对论时空观、相对论中的因果关系以及相对论质量的概念,给出相关结论.     

物理学对人类时空观的贡献

通过总结回顾人类时空观的一次次进步，阐述物理学对时空观的贡献。     

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．     

相对论时空观中“长度缩短”效应推导过程的辨析

狭义相对论是以相对论时空观为基础的理论．它打破了经典物理中的绝对时空观，指出时间和空间不再各自独立，而是彼此互相影响的．由此引发了许多和经典物理中的绝对时空观所不同的各种效应，例如：同时的相对性、长度缩短、时间膨胀等．这必将使习惯了用经典时空观思考和解决问题的我们在理解这些新效应的时候出现问题．     

“三重”探究建构相对论时空观

从学生的实际出发,设计“三重”探究,即“学史”探究、“实验”探究、“应用”探究,让学生从“绝对时空观”的前概念中建构起新的相对论时空观．     

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.     

从力学相对性原理推导特殊相对论力学

讨论力学相对性原理,一般称为伽利略相对性原理,满足伽利略相对性原理的时空变换式称为伽利略变换式。有人分析伽利略变换式,认为其中有未经证实的关于时间与空间的绝对性的假定。其实我们得到伽利略变换式时是否一定要时空绝对性的假定,是要看我们用怎样的角度来看问题的;如果我们肯定牛顿力学的全部原则都是确切无疑的(例如质量是不随速度而改变),那末要满足力学相对性原理的时空坐标变换,必     

关于洛伦兹变换过渡到伽利略变换的条件问题

指出了洛伦兹变换过渡到伽利略变换条件问题上的某些错误认识,讨论了洛伦兹变换过渡到伽利略变换的充要条件.提出了"洛伦兹禁区"概念.     

广义相对论中的等效原理与时空观

等效原理是广义相对论建立的基本思想实验原理, 它指出引力场和加速度的效应等价. 在等效原理中 有弱等效原理和强等效原理两个层次, 弱等效原理和强等效原理之间存在一定的联系. 以等效原理为基础将有助于 理解爱因斯坦的时空观     

几何相位的伽利略变换性质

对几何相位的伽利略变换性质结果表明：通常实验中所测量体系的几何相位的确是伽利略不变的.但一般量子体系的几何相位不具有伽利略不变性.还仔细考察了几何相位在伽利略boost作用下变化的物理起源.文章最后通过对假想实验的分析，进一步证明几何相位对参考系的依赖并不意味着相应物理可观测量的非伽利略协变性.     

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．     

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.     

相对论时空观--"低速到高速"之二

1奇特的光速 牛顿力学的失效首先来源于光速的奇特性,即光速与光源的运动无关.例如,在匀速前进的车厢内,在中央吊一光源(图1),它向四外发光.在车厢内测量,光源是静止的,向各方向传播的光的速率是相等的.如果在地面上测量,光源是运动的.实测结果,不但各个方向光的速率相等,而且这一速率和在车厢内测得的光的速率也相等,都是3×108m/s.光速的这一特性也可以说成是光速与参考系无关.这一特性完全背离了伽利略速度变换,从而根本上动摇了牛顿力学的基础而使之失效.     

相对性原理与时空线性变换

惯性系具有任何方向时空平移不变的特性,依据相对性原理和时空平移不变性证明了惯性系的时空变换必须为线性变换。相对性原理是时空线性变换的真正必要条件。除了伽利略变换具有"同时的绝对性"外,其他的惯性系时空线性变换都具有"同时的相对性"。利用相对性原理还可以证明惯性系的速度变换为单调递增函数,因而存在速度上限,惯性系除伽利略变换外的所有时空线性变换都存在有限的极限速度,进而可以推导出惯性系时空线性变换的广义洛伦兹变换公式,其中极限速度的取值可以通过实验来确定。     

Airy波包及其自加速效应(续1)

正3艾里波包根据相对速度的伽利略变换,研究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.3.1薛定谔方程的解——艾里波包在伽利略推导的复合速度移动变换框架下,贝里-巴拉兹含时薛定谔方程的艾里函数解是可积分的波包,这个波包有一定的势能和能量,随着时间增加到零,然后再传播.贝里-巴拉兹表示出了一个极限形式的自由粒子的波包.     

洛伦兹变换的引入及其时空图像讨论

狭义相对论是理工科大学物理课程教学中的一个难点,这是因为狭义相对论所涉及的时空效应在实际中都很难被观测到,而反映相对论时空观的洛伦兹变换又较为抽象,学生在学习过程中通常是机械地记忆公式,而并没有真正理解相对论的时空观及其与洛伦兹变换之间的联系.针对这一问题,本文介绍了一种引入洛伦兹变换的新方式:首先通过直观的思想实验定量地导出时间延缓、长度收缩和同时性的相对性等时空效应的数学表达式,然后在此基础上推导得到洛伦兹变换的x坐标变换式和时间变换式,并结合推导过程对其时空图像进行讨论.通过洛伦兹变换的这种引入方式可将相对论时空效应与洛伦兹变换紧密地联系起来,突出了洛伦兹变换的物理图像,从而加深学生对洛伦兹变换及相对论时空观的理解.     

狭义相对论时空观中"课程思政"的探索与实践

本文提出了“狭义相对论时空观”实施“课程思政”的具体方案.从狭义相对论时空观的知识出发,深入挖掘课程思政元素,通过多种教学方式将其恰当、自然地融入课堂,潜移默化地将正确的价值追求和理想信念传达给学生,达到提高学生思想政治水平、完善学生人格的目的.以问卷调查的方式对“课程思政”教学效果进行评价和反馈,及时改进教学设计,提升教师自身“课程思政”的能力和素养.本文实现了狭义相对论中“课程思政”的“备”“教”“学”“评”的全部教学环节,立足“思政元素”与专业知识的契合点,探索了有机互融的教学方式,促进了学生知识技能上的“成长”和精神上的“成人”同向同行.期望本次教学实践能对“课程思政”建设提供一点思路和参考.     

简述狭义相对论时空观

从光速不变原理出发,讨论相对行驶的两列长度相等的列车上的两个基本的时空测量实验,通过启发武的方法,用通俗的语言定性介绍狭义相对论时空观．     

几何理解洛伦兹变换的时空内涵

洛伦兹变换是狭义相对论的核心内容.理解并掌握其内含的时空变换规律,对进一步理解狭义相对论时空观具有十分重要意义.本文基于时空图的二维旋转变换,从几何上对洛伦兹变换中所包含的"钟慢尺缩"时空变换本质和光速不变性等条件进行解析.使学生能够更加直观去感受并理解洛伦兹变换,为后续课程学习打下基础.     

用伽利略变换审视牛顿力学

用伽利略变换审视了牛顿力学的规律,发现有的规律遵从相对性原理,有的规律不遵从相对性原理.