狭义相对论教学中的几个问题

本文讨论了相对论教学中几个方面的问题,包括常见例子的问题,洛伦兹变换的方便形式,同时相对性例子在另一参考系的讨论,长度测量在另一参考系看到的现象,时间延缓及运动参考系各点时间不同和光的多普勒效应的简单推导.通过不同过程在不同参考系中的讨论,掌握在运动系讨论问题的方法,以及同一过程在不同惯性系内的不同表现,而所有现象的测量结论在洛伦兹变换下保持不变.     

匀速运动的电偶极子的电场和磁场分布

本文通过对电偶极子电磁势的分析和相对论下电磁场在不同惯性系中的协变分布，计算了作匀速直线运动的电偶极子的电场和磁场的空间分布．     

同步辐射的相对论推导

根据加速带电粒子在与其瞬时对静止的参考系中的辐射公式,通过场的相对论变换,直接导出同步辐射粒子的辐射公式。     

《电磁学》中静电类问题的可视化仿真实验设计

《电磁学》中基本概念、基本规律理论性强、场图复杂.针对离散点电荷系在空间产生的场分布、静电场中导体的静电感应现象、静电场中电介质的极化现象等典型静电类电磁问题,利用Matlab中的偏微分方程工具箱(PDEtool)、数学物理方程进行可视化仿真实验设计.仿真结果中电场线、等势线的分布很好地体现出典型电磁现象及相关物理性质,有助于信息技术条件下的教学方法改革.     

特鲁顿-诺伯实验的解释

在相对论建立之前,物理学家们相信麦克斯韦电磁理论仅对于某一个参考系才成立,这个优越的参考系可以看成是绝对静止的参考系,简称为绝对参考系。任何物体相对于绝对参考系的速度叫做绝对速度。十九世纪后半叶起寻找绝对参考系成为物理学家所热衷的课题。1902年特鲁顿(Trouton)设想了一个电磁学实验,用来检测地球运动的绝对速度,他的依据可简述如下。考虑地球上两个静止的点电荷,如果地球为绝对参考系,则它们之间的相互作用力为库仑力,作用力的方向沿它们的联线,作用力对于这对电荷的系统不产生力矩,因而电荷系统不会转动。如果地球相对于绝…     

电磁场变换的物理缘由

电场和磁场是同一种物质──电磁场的两个方面,在给定参考系中电场和磁场各表现出一定的性质,但是当参考系变换时,它们可以相互转化.当S'系相对S系以速度V沿x方向运动时(如图一),空间某点某时刻的电磁场量在这两个参考系中的变换关系是 E'x=Ex E'y=γ(Ev-VBz) K'z=γ(Ez VBy) B'x=Bx式中 由交换式可知,当一参考系中只有电场时在另一参考系中就可能既有电场也有磁场,例如若S系中只有平行于y方向的均匀电场(如图二 a),则在以系中除有平行于y’方向的均匀电场外,还有平行于一。’方向的均匀磁场(如图二b);同样,当一参考系中只有磁场时,…     

一般n阶特征量泛函的Euler-Lagrange方程及与定量因果原理、相对性原理和广义牛顿三定律的统一

本文获得了有各种相互作用的一般n阶特征量泛函,其耦合系数反映了不同特征量泛函之间的耦合强度.依据定量因果原理,导出了一般n阶特征量泛函的变分原理,获得了一般n阶特征量泛函的Euler-Lagrange方程,它的不同系数可拟合不同的物理现实,如从线性到任意n阶非线性物理系统,使复杂难解的任意n阶非线性物理系统变得具体可解.并获得了该对称变换下不变的m个的守恒量,以及它们之间的关系和统一描述.依据定量因果原理导出了相对性原理,证明了绝对加速参考系、牵连参考系和相对参考系的力都有来自加速度和质量变化的贡献.利用定量因果原理自然导出了广义牛顿第一定律和广义牛顿第二定律,而且还导出了一个新定律,即广义牛顿第三定律,亦即平移不变性系统合力为零定理.进而将研究结论应用于对银河系的修正引力势、分子势、夸克禁闭势等,且其结果与物理实验一致.     

动生电动势与感生电动势的统一

利用相对论质能关系、不同参考系中电磁场的变换关系和牛顿第二定律,先研究了一般的电源电动势在不同参考系之间的变换,再推导出相对论中的感生电动势和动生电动势公式,从而使它们达到了定量的统一.     

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根据狭义相对性原理,应用Lorentz变换法则,从相对运动媒质静止参考系中的有关结论,获取了实验室参考系中所需结果。通过证明平面波相位是Lorentz不变量,指出实验室参考系中平面波解的存在性。由Lorentz变换导出了实验室参考系中平面波色散关系表示式,据此给出运动媒质的波动方程。由Lorentz变换导出运动媒质中平面波Maxwell方程。基于这些结果,应用Lorentz变换获得了平面波从自由空间垂直入射到各向同性运动等离子体半空间时反射波与透射波的有关特性。     

三层电介质中电势和镜像势的求解

将两种电介质界面附近点电荷产生的电势和镜像势的方法做了推广,分情况进一步讨论了三层电介质结构中的电势分布、镜像力和镜像势,并运用镜像法求得了相关物理量的解析表达式。     

在电磁学体系下讨论运动电荷的电场与磁场的联系

本文以点电荷相对导体圆环运动为例，在麦克斯韦电磁理论的体系下，阐明导体圆环系下电场与磁场之间的联系，以揭示电磁场的相对性。     

与磁铁运动有关的电磁感应现象

磁铁相对于线圈运动,在线圈中产生感生电流是电磁感应的基本实验之一(图一),也是法拉弟电磁感应定律的实验基础,有关书籍对此实验都有介绍,但在解释实验现象时,不能简单地把图一等效地看作磁铁静止,线图运动,把磁场和电场作为不变量来处理,得出线圈中的感生电流来源于洛仑兹力(磁力).因为电磁现象不服从伽利略的相对性原理,即使在磁铁低速(υ　c)运动时,也不能使用林利略变换,因为这里涉及磁场和电场在不同参考系中的变换,本文对此作较深刻的分析,以期对这类感应现象有进一步的认识和理解. 由于电磁感应只服从爱因斯坦的相对性原理,因此正确…     

基于MATLAB的点电荷系电场分布的用户图形界面设计

电场强度与电势是描述静电场性质的重要物理量,利用电场线与等势面可以形象地描述静电场的分布,对其进行数值计算和模拟显示,可以使教学内容更加直观,提高教学效率.本文利用MATLAB编程和MATLAB的GUIDE开发了点电荷系所形成的电场场强分布及电势分布的用户图形界面(GUI),实现了二维平面内任意点电荷系电场的电场线和等势面分布的可视化,并可以方便地调整电荷数目、电量及位置并实时显示,在教学中能起到很好的演示作用.     

谈洛伦兹变换的物理意义

 一由于将电动力学的麦克斯韦方程作伽利略变换时,方程不表现协变性,导致“以太”这一标准参考系在电磁理论中的引入,即光速只相对于“以太”这个标准参考系才是常量,而相对于以“以太”为参考系作匀速直线运动的一切参考系都不具备这样的性质。也就是说,麦克斯韦方程只对“以太”这一标准参考系成立。根据这一假设,在“空空如也”的空间中就必然填充着绝对静止的’以太”,并不难用光学测量发现地球在“以太”中的绝对运动,以证明’以太”这一标准参考系的存在。为此目的,迈克尔逊和莫雷做了精密的实验(著名的迈克尔逊--莫雷实验),却没有观测到地球的绝对运动,这就意味着在“空空如也”的空间中并不存在绝对静止的“以太”.     

我们的答复

编辑部转来仇浩、张淳民的文稿 ,该文指出《新概念物理教程·力学》(下称原书 )中关于高速运动物体视觉形象中阴影问题的错误 ,为此我们对两位作者表示感谢 .原书的错误在于疏忽了如下情况 :K系 (观察者参考系 )中沿 - y方向的光线在K′系 (以速度v运动的球体的参考系 )转过了一定角度 ,是否与球面法线成锐角应以K′系中光线的这个方向为准 .用相对论速度变换公式不难求得角度 :(vx,vy,vz) =(0 ,-c,0 )→ (v′x,v′y,v′z) =(-v ,c 1- β2 ,0 )其中 β =v/c .由此得sin =β在K′系中与此光线相切的点A′ ,B′也从x′轴转过同一角度…     

不同参考系中多普勒效应公式的统一

由于所用参考系不同,因而各种文献给出了不同形式的多普勒效应表达式.本文通过洛伦兹变换,对不同参考系中多普勒效应公式给出了普遍推导,从而将它们统一起来.     

用高斯定理推导共线电荷系的电场线方程

本文通过取电场线管和两个断面组成的高斯面,用高斯定理推导出了共线点电荷系的电场线方程,该方程能推广到一般的共线电荷系.用计算机软件画出了几种典型的共线电荷系的电场线.     

玻璃衬底NEA GaAs透射式光电阴极的XPS定量表面化学分析和瞬态响应时间的直接测量

在一个商业超高真空装置中,对以玻璃为衬底并附有 Ga_xAl_1As 过渡层的半透明 GaAs 膜进行激活,获得了负电子亲和势(NEA)特性。在激活前后对光电阴极进行了定量表面分析,结果表明:Cs-O 表面层的化学计量是准确的 Cs_2O,其厚度约为1.3nm。通过测量阴极的光电子能带分布(EDC),首次证实了在负电子亲和势工作状态下,整个光电灵敏区域中热化电子的分布都很窄,并且几乎与波长无关。使用一架专用的超高真空可拆卸同步条纹相机测量了一些 NEA 阴极的响应时间,其典型值约8Ps。在中等瞬时分辩率的条纹相机中可考虑使用 GaAs NEA 光电阴极。这种相机工作于技术领域中重要的1.3～1.55μm 光谱波段。     

介质中电荷所受电场力的研究

在两个自由点电荷的电场中，两点电荷之间的相互作用力与点电荷所受的电场力是不同的，在真空中，这两种力是相似的，因为它们都满足这两点电荷之间相互作用的库仑定律，无论在真空中还是介质中，这两个点电荷之间的相互作用力都由它们相互作用的库仑力决定，但在一般情况下，在介质中，作用在点电荷上的电场力是不能由这两个点电荷之间的库仑力决定的，在电场中，如果让各向同性的均匀介质无限分布，作用在点电荷上的电场力仍可由两点电荷间的库仑力决定，本文研究了介质中点电荷所受的电场力等于两点电荷之间的库仑力的充要条件。     

平行导体板与带电直导线电场的保角变换分析

平行导体板间点电荷的静电场问题,由于其物理图像清晰,已经得到解决．平行导体平板问线电荷的静电场,可用分离变量法求解其问的电场,但比较繁琐、不直观．本文采用保角变换法分析了平行导体板和线电荷形成的静电场问题,采用指数变换与镜像法联合使用的方法,求解其间的电场分布．通过电势表达式,得到电场的解析形式,并结合Maflab画出电场线图形,最后将结果引申到平行导体板带电情况下的电势分布．