大学物理 相对论小结 复习必备
大学物理上册（第五版）重点总结归纳及试题详解第十五章狭义相对论基础
⼤学物理上册（第五版）重点总结归纳及试题详解第⼗五章狭义相对论基础第⼗五章狭义相对论基础⼀、基本要求1. 理解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。
2. 了解洛仑兹变换及其与伽利略变换的关系；掌握狭义相对论中同时的相对性，以及长度收缩和时间膨胀的概念，并能正确进⾏计算。
3. 了解相对论时空观与绝对时空观的根本区别。
4. 理解狭义相对论中质量和速度的关系，质量和动量、动能和能量的关系，并能分析计算⼀些简单问题。
⼆、基本内容1.⽜顿时空观⽜顿⼒学的时空观认为，物体运动虽然在时间和空间中进⾏，但时间的流逝和空间的性质与物体的运动彼此没有任何联系。
按⽜顿的说法是“绝对空间，就其本性⽽⾔，与外界任何事物⽆关，⽽永远是相同的和不动的。
”，“绝对的，真正的和数学的时间⾃⼰流逝着，并由于它的本性⽽均匀地与任何外界对象⽆关地流逝着。
”以上就构成了⽜顿的绝对时空观，即长度和时间的测量与参照系⽆关。
2．⼒学相对性原理所有惯性系中⼒学规律都相同，这就是⼒学相对性原理（也称伽利略相对性原理）。
⼒学相对性原理也可表述为：在⼀惯性系中不可能通过⼒学实验来确定该惯性系相对于其他惯性系的运动。
3. 狭义相对论的两条基本原理（1）爱因斯坦相对性原理：物理规律对所有惯性系都是⼀样的，不存在任何⼀个特殊的（例如“绝对静⽌”的）惯性系。
爱因斯坦相对论原理是伽利略相对性原理（或⼒学相对性原理）的推⼴，它使相对性原理不仅适⽤于⼒学现象，⽽且适⽤于所有物理现象。
（2）光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度都相等。
光速不变原理是当时的重⼤发现，它直接否定了伽利略变换。
按伽利略变换，光速是与观察者和光源之间的相对运动有关的。
这⼀原理是⾮常重要的。
没有光速不变原理，则爱因斯坦相对性原理也就不成⽴了。
这两条基本原理表⽰了狭义相对论的时空观。
4. 洛仑兹变换()--='='='--='2222211c u xc u t t z z y y c u ut x x （K 系->'K 系）()-'+'='='=-'+'=2222211c u x c u t t z z y y c u t u x x （K 系->'K 系）令u c β=，γ=①当0→β，γ=1得ut x x -='，,',','t t z z y y ===洛仑兹变换就变成伽利略变换。
相对论小结
(6)动量和能量的关系
E =E +p c
2 2 0
2 2
思考题
• 1.假设光子在某惯性系中的速度等于C，那么，是否存在 这样一个惯性系，光子在这个惯性系系中的速度不等于C？ • 2.你能说明经典力学的相对性原理与狭义相对论的相对性 原理之间的异同？ • 3.在宇宙飞船上，有人拿着一个立方形物体，若飞船以接 近光速的速度背离地球飞行，分别从地球上和飞船上观察 到物体的形状是一样的吗？ • 4.两个观察者分别处于惯性系S和惯性系S‘内，在这两惯 性系中各有一根分别与S系和S’系相对静止的米尺，而 且两米尺均沿xx’轴放置。这两个观察者从测量中发现， 在另一个惯性系中的尺子总比自己惯性系中尺子要短些， 你怎样看待这个问题呢？
1 − (u / c )2
∆t > ∆t ' = τ 0
生的两个事件的时间间隔。 生的两个事件的时间间隔。
固有时间（原时） 固有时间（原时）
τ0 固有时间（本征时间）：在某一惯性系中，同一地点先后发 固有时间（本征时间）：在某一惯性系中，同一地点先后发 ）：在某一惯性系中
4、因果率
∆ t ' = γ ( ∆ t − u∆ x / c )
t1 = t 2 , ∆ t = 0 ∆ x = x 2 − x1 = l
由 ∆x' =
∆x − u∆t 1 − (u / c )2
o o'
z z'
有： l 0 = γ l ,
x1 ' l0 x 2 '
x1 x2 x l
x'
l = l0 1 − (u / c )2
l0 称为固有长度（或原长），即相对 称为固有长度 或原长） 固有长度（
大学物理相对论总结
大学物理相对论总结相对论是现代物理学的重要基石之一，由阿尔伯特·爱因斯坦提出，包括狭义相对论和广义相对论。
这一理论极大地改变了我们对时间、空间、物质和能量的理解。
狭义相对论主要基于两条基本原理：相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出，物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。
这意味着不存在一个绝对静止的参考系，运动是相对的。
光速不变原理则表明，真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的，与光源和观察者的相对运动无关。
时间膨胀是狭义相对论中的一个重要概念。
当一个物体以接近光速的速度运动时，相对于静止的观察者，运动物体上的时间会变慢。
这并不是一种错觉，而是真实的物理现象。
比如，一个在高速飞船上的宇航员，他经历的时间会比地球上的人慢。
长度收缩也是不可忽视的现象。
运动物体在其运动方向上的长度会缩短。
这并不是物体本身的物理长度发生了变化，而是由于观察者所处的参考系不同导致的测量结果差异。
同时性的相对性也颠覆了我们的传统观念。
在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个相对运动的参考系中可能不再是同时发生的。
狭义相对论还对动量和能量给出了新的表达式。
著名的质能方程E=mc²揭示了质量和能量之间的等价关系，意味着少量的质量可以转化为巨大的能量，这为核能的利用提供了理论基础。
广义相对论则是对引力的全新描述。
爱因斯坦认为，引力不是一种传统意义上的力，而是时空弯曲的表现。
物质和能量会使时空发生弯曲，而物体在弯曲的时空中沿着“测地线”运动，这种运动表现为我们所观测到的引力现象。
等效原理是广义相对论的重要基础之一。
它指出在局部范围内，引力和加速运动是等效的。
比如，一个在封闭电梯里的人无法区分电梯是在静止于引力场中还是在无引力的太空中加速上升。
广义相对论对光线的弯曲做出了成功的预言。
在太阳附近，光线会因为时空的弯曲而发生偏转。
这一现象在日食观测中得到了证实。
引力红移也是广义相对论的一个重要推论。
由于引力场的存在，光子的能量会降低，频率减小，波长变长，从而导致光谱线向红端移动。
大学物理相对论总结
二、洛伦兹坐标变换
在 t t 0 时，两坐标系重合
正变换
逆变换
x'
x ut 1β 2
x x ut 1 β2
y' y
y y
z' z
z z
t'
t
ux c2 1β 2
t t ux c2 1 β2
1
1、相对论质量 2、相对论动量
m m0
1
c
2 2
p m m 0
1
c
2 2
3、相对论动力学方程
F
d p
d
( m v ) m d v v d m
dt dt
dt
dt
4、动量守恒定律 F 0
dp
0
5、相对论的动能
Ek mc2 m0c2
6、静止能量 E0 m0c 2
7、总能量
E mc2
0 t' t2 t1
x2 x1 x' 0
对 S 系观测者来说：这两事件之间的时间间隔为
t
0 1 2
当 v << c 时， ~ 1 , 0
时间延缓效应是相对的。 运动时钟变慢效应是时间本身的客观特征。
2、长度收缩效应
固有长度: 相对于棒静止的惯性系测得棒的长度
l0 x2' x1'
在惯性系 S 测得棒的长度
l x2 x1
不要求同时测量 必须同时测量
长度收缩效应公式为： l l0 1 (u / c)2
当 v << c 时， γ ~ 1, l l0
长度收缩效应是相对的 长度收缩效应在运动方向上发生，在垂直运动方向上不发生
大学物理相对论总结
基本内容
1、力学相对性原理、伽利略变换；狭义相对论产生 根源、实验基础和历史条件；狭义相对论的基本原理、 洛仑兹变换。 2、狭义相对论时空观：同时的相对性、长度收缩、 时间延缓、因果律。 3、狭义相对论质速关系、相对论动力学基本方程、 相对论动能、静能总能和质能关系、能量和动量的关 系。
1
内容提要
2、长度的收缩（运动物体在运动方向上长度收缩）
在s' 系中测量
l0 x'2 x'1 l'
l l' 1 2 l0
固有长度
y y'
s
s' u
x'1
l0
x'2 x'
o
z
o'
z'
x1
x2
x 5
3、时间的延缓
t t'
1 2
固有时间 ：同一地点发生的两事件的时间间隔 .
t t' t0 固有时间
解：
S ( x1, t1) (x2,t2 ) S′ ( x1, t1) ( x2 , t2 )
x2 x1 1m t1 t2
x2 x1 ?
x2
x1
x2
ut2 (x1 ut1) 1 u2 c2
1 1u2 c2
9
六、相对论质量和相对论动量
1、动1量）与相速对度论的动关量系p
m0 v
1 2
Ei mic2 (m0ic2 Eki ) 恒量
i
i
i
相对论质量守恒定律 在一个孤立系统内，所有粒子的 相对论总质量
mi 恒量
i
八、动量与能量的关系
E pc
E 2 E02 p2c2
相对论基础内容小结.
3．相对论时空
3.1 时间量度的相对性：
t
都变漫了。
0
1 u / c
2
2
运动的钟变慢运动参照系中所有物理过程的节奏 3.2 长度量度的相对性
l l0 1 u / c
2
2
运动的尺变短运动参照系中所有物体沿运动方向 的尺度缩短了。
3.3 “同时”的相对性
在一个参照系中测得同时发生的两个事件，在
( 1
2
x ( x ' ut ') y y' z z ' 2 t (t ' ux '/ c )
2
1 u / c
)
2.2 洛伦兹速度变换
vx u v u x vx x 2 v 2 1 vx u / c 1 v u / c x vy v y v v y y 2 2 (1 v u / c ) (1 vxu / c ) x vz v z v v z z 2 2 (1 vxu / c ) (1 v xu / c )
相对论基础内容小结
1.狭义相对论的基本假设
1.1 光速不变假设 在所有的惯性系中,真空中的光速恒为c ，与光 源或观察者的运动无关。 1.2 相对性原理：
一切物理定律在所有的惯性系中都等效。
——物理定律的数学表达式在所有的惯性系中具有 相同的形式。
2.洛伦兹坐标变换
2.1 洛伦兹坐标变换来自 x ' ( x ut ) y' y z ' z 2 t ' (t ux / c )
4.2 相对论的动量
相对论特殊理论知识点总结
相对论特殊理论知识点总结相对论特殊理论，也被称为狭义相对论，是由爱因斯坦在 1905 年提出的。
它彻底改变了我们对时间和空间的理解，对现代物理学的发展产生了深远的影响。
下面让我们来详细了解一下相对论特殊理论的一些关键知识点。
一、相对性原理相对性原理是狭义相对论的核心之一。
它指出物理规律在所有惯性参考系中都是相同的。
这意味着，无论你是在一个静止的实验室中进行实验，还是在一个以恒定速度运动的火车上进行实验，只要是惯性参考系（即没有加速度的参考系），物理实验的结果应该是一样的。
举个例子，如果在一个静止的房间里，光在真空中的传播速度是c ，那么在一个匀速直线运动的火车里，光在真空中的传播速度仍然是c ，而不会因为火车的运动而改变。
二、光速不变原理光速不变原理是狭义相对论的另一个重要基石。
它表明真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的，其值约为 299792458 米/秒。
无论光源是静止的还是运动的，观察者是静止的还是运动的，观察者测量到的光速始终是一个常数。
这一原理与我们日常生活中的经验有很大的不同。
在日常生活中，当我们观察一个运动的物体时，它的速度会因为观察者的运动状态而有所不同。
但对于光来说，这种情况并不成立。
三、时间膨胀时间膨胀是狭义相对论中的一个奇特现象。
当一个物体相对于另一个观察者以接近光速的速度运动时，运动物体上的时间流逝会变慢。
假设一个宇航员以接近光速的速度进行太空旅行，对于地球上的观察者来说，宇航员的时间流逝会变慢。
当宇航员返回地球时，他可能只经历了几年的时间，但地球上可能已经过去了几十年。
时间膨胀的公式为：＄＼Delta t' ＝＼Delta t ／＼sqrt{1 v^2 ／ c^2}＄，其中＄＼Delta t'＄是运动物体上的时间间隔，＄＼Delta t$ 是静止观察者测量的时间间隔， v 是物体的运动速度， c 是光速。
四、长度收缩与时间膨胀相对应的是长度收缩。
大学物理公式总结运动力热相对论
第一章 质点运动学和牛顿运动定律1.1平均速度 v =t△△r 1.2 瞬时速度 v=lim 0△t →△t △r =dt dr 1.3速度v=dtds ==→→lim lim 0△t 0△t △t △r 1.6 平均加速度a =△t△v 1.7瞬时加速度（加速度）a=lim 0△t →△t △v =dtdv 1.8瞬时加速度a=dt dv =22dtr d 1.11匀速直线运动质点坐标x=x 0+vt1.12变速运动速度 v=v 0+at1.13变速运动质点坐标x=x 0+v 0t+21at 2 1.14速度随坐标变化公式:v 2-v 02=2a(x-x 0)1.15自由落体运动 1.16竖直上抛运动⎪⎩⎪⎨⎧===gy v at y gt v 22122 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=-=gy v v gt t v y gt v v 221202200 1.17 抛体运动速度分量⎩⎨⎧-==gt a v v a v v yx sin cos 00 1.18 抛体运动距离分量⎪⎩⎪⎨⎧-∙=∙=20021sin cos gt t a v y t a v x 1.19射程 X=ga v 2sin 20 1.20射高Y=ga v 22sin 20 1.21飞行时间y=xtga —ggx 21.22轨迹方程y=xtga —av gx 2202cos 2 1.23向心加速度 a=Rv 21.24圆周运动加速度等于切向加速度与法向加速度矢量和a=a t +a n1.25 加速度数值 a=22n t a a + 1.26 法向加速度和匀速圆周运动的向心加速度相同a n =Rv 21.27切向加速度只改变速度的大小a t =dtdv 1.28 ωΦR dtd R dt ds v ===1.29角速度 dt φωd = 1.30角加速度 22dt dtd d φωα== 1.31角加速度a 与线加速度a n 、a t 间的关系a n =222)(ωωR R R R v == a t =αωR dtd R dt dv ==牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，除非它受到作用力而被迫改变这种状态。
《大学物理》期末复习 第十四章 相对论
第十四章相对论在第一册中讲过的牛顿力学，只适用于宏观物体低速运动，高速运动的物体则使用相对论力学。
相对论内的理论）般参照系包括引力场在广义相对论（推广到一性参照系的理论）狭义相对论（局限于惯本章只介绍狭义相对论§14-1伽利略变换式牛顿绝对时空观一、力学相对性原理力学定律在一切惯性系中数学形式不变理解：体现对称性思想——对于描述力学规律而言，一切惯性系彼此等价。
在一个惯性系中所做的任何力学实验，都不能判断该惯性系相对于其它惯性系的运动。
二、伽利略变换概念介绍：事件：是在空间某一点和时间某一时刻发生的某一现象（例如：两粒子相撞）。
事件描述：发生地点和发生时刻来描述，即一个事件用四个坐标来表示）（t,z,y,x如图所示，有两个惯性系S,'S，相应坐标轴平行，'S相对S以v沿'x正向匀速运动，0=='tt时，O与'O重合。
现在考虑p点发生的一个事件：⎩⎨⎧）时空坐标为（系观察者测出这一事件）时空坐标为（系观察者测出这一事件'''''t ,z ,y ,x S t ,z ,y ,x S按经典力学观点，可得到两组坐标关系为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===-=t t z z y y vt x x '''' 或 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===+=''''t t z z y y vtx x （14-1）式（14-1）是伽利略变换及逆变换公式。
三、绝对时空观1、时间间隔的绝对性设有二事件1P ，2P ，在S 系中测得发生时刻分别为1t ，2t ；在'S 系中测得发生时刻分别为't 1，'t 2。
在S系中测得两事件发生时间间隔为12t t t -=∆，在'S 系测得两事件发生的时间间隔为'''tt t 12-=∆。
11t t '=，22t t '=，∴t t '∆∆=。
高考物理近代物理知识点之相对论简介知识点总复习(3)
高考物理近代物理知识点之相对论简介知识点总复习(3)一、选择题1．麦克斯书认为：电荷的周围存在电场，当电荷加速运动时，会产生电磁波。
受此启发，爱因斯坦认为：物体的周围存在引力场，当物体加速运动时，会辐射出引力波。
爱因斯坦提出引力波的观点，采用了（）A．类比法B．观察法C．外推法D．控制变量法2．关于科学家在物理学上做出的贡献，下列说法正确的是A．奥斯特发现了申磁感应现象B．爱因斯坦发现了行星运动规律C．牛顿提出了万有引力定律D．开普勒提出了狭义相对论3．如图所示是黑洞的示意图，黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片。
那么关于黑洞，下列说法正确的是（）A．内部也是漆黑一片，没有任何光B．尽管内部的光由于引力的作用发生弯曲，也能从黑洞中射出C．所有中子星都会发展为黑洞D．如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去4．为使电子的质量增加到静止质量的两倍，需有多大的速度( )．A．6.0×108m/s B．3.0×108m/sC．2.6×108m/s D．1.5×108m/s5．已知电子的静止能量为0.511MeV，若电子的动能为0.25MeV，则它所增加的质量m与静止质量0m的比值近似为（）A．0.1B．0.2C．0.5D．0.96．牛顿把天体运动与地上物体的运动统一起来，创立了经典力学。
随着近代物理学的发展，科学实验发现了许多经典力学无法解释的事实，关于经典力学的局限性，下列说法正确的是A．火车提速后，有关速度问题不能用经典力学来处理B．由于经典力学有局限性，所以一般力学问题都用相对论来解决C．经典力学适用于宏观、低速运动的物体D．经典力学只适用于像地球和太阳那样大的宏观物体7．如图所示，在一个高速转动的巨大转盘上放着、、三个时钟，下列说法正确的是（）A．时钟走时最慢，时钟走时最快B．时钟走时最慢，时钟走时最快C．时钟走时最慢，时钟走时最快D．时钟走时最慢，时钟走时最快8．如图所示，鸡蛋和乒乓球都静止在地面上，关于二者所具有的能量关系，下列说法中正确的是（）A．鸡蛋大B．乒乓球大C．一样大D．无法进行比较9．下列关于经典力学和相对论的说法，正确的是()A．经典力学和相对论是各自独立的学说，互不相容B．相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的C．相对论和经典力学是两种不同的学说，二者没有联系D．经典力学包含于相对论之中，经典力学是相对论的特例10．在以光速c前进的特殊“列车”上向前发射一束光，在地面上的观察者看来这束光的速度是（）A．0B．c C．2c D．c-11．自然界中有质量的实际物体运动的最大速度不会超过（）A．空气中的光速B．真空中的光速C．电子绕原子核运动的速度D．宇宙飞船运动的速度12．以下说法正确的是（）A．核裂变与核聚变都伴有质量亏损，亏损的质量转化成能量B．β射线和光电效应中逸出的电子都是原子核衰变产生的C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源、观察者间的相对运动没有关系D．原子核所含核子单独存在时的总质量不小于该原子核的质量13．下列说法正确的是A．爱因斯坦建立了相对论B．开普勒发现万有引力定律C．牛顿测出了万有引力常量D．卡文迪许发现行星运动三大定律14．在地面附近有一高速飞行的火箭，关于地面上的观察者和火箭中的工作人员观察到的现象，下列说法正确的是（）A．地面上的人观察到火箭变短了，火箭上的时间进程变慢了B．地面上的人现察到火箭变长了，火箭上的时间进程变慢了C．火箭中的工作人员观察到火箭的长度不变而时间进程却变化了D．地面上的人观察到火箭变长了，火箭上的时间进程变快了15．如图所示，一根10 m长的梭镖以相对论速度穿过一根10 m长的管子，它们的长度都是在静止状态下测量的，以下哪种叙述最好地描述了梭镖穿过管子的情况()A．梭镖收缩变短，因此在某些位置上，管子能完全遮住它B．管子收缩变短，因此在某些位置上，梭镖从管子的两端伸出来C．两者都收缩，且收缩量相等，因此在某个位置，管子恰好遮住梭镖D．所有这些都与观察者的运动情况有关16．根据所学的物理知识，判断下列说法中正确的是（）A．伽利略通过“理想实验”得出“力是维持物体运动的原因”B．法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应定律C．爱因斯坦质能方程中：高速运动的粒子质量比其静止时的质量（静质量）更小D．汤姆生利用阴极射线管发现了电子，并提出了原子的核式结构模型17．有一把长为L的尺子竖直放置，现让这把尺子沿水平方向以接近光的速度运行，运行过程中尺子始终保持竖直，那么我们此时再测量该尺子的长度将（）A．大于L B．小于L C．等于L D．无法测量18．甲和乙为两个不同的惯性参考系，惯性参考系甲相对惯性参考系乙以速度v（v接近光速）运动。
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大学物理相对论总结大学物理知识点总结大学物理机械波总结大学物理复习资料转动定律篇一：大学物理_相对论总结时间、空间与运动———狭义相对论及其伟大科学意义航空航天与力学学院工程力学系前言:在这一学期的普通物理学课程中,我们开始学习现代物理学的相关知识,尤其是相对论和量子物理学部分,虽然有些难以理解但真的激起了我很大的探究兴趣.我在课下查阅了很多关于相对论的知识,在这学期即将结束的时候在这里做一下总结和梳理,并以此来表达我在着一个学期中对物理学学习的心得与体会.以下就是我对狭义相对论的学习梳理. 爱因斯坦1905年创立的划时代的狭义相对论,发现了时间和空间与运动的相对性关系,建立了以实验事实为基础的适用于全部物理学和自然科学的新的相对时空理论及其新的运动学定律,从而彻底推翻了统治物理学已二百多年的牛顿的绝对时空理论,成为物理学、自然科学和哲学史上一次最伟大的科学革命.从狭义相对论的相对时空结构理论得出的最令人叹为观止,也最令人惊奇的结论,是最深刻地揭示了自然界最深层的一个极为神奇而又非常有趣的现象和基本规律:时空的相对性结构是一切自然界定律对相对运动保持其不变性和对称性的基础,也是自然界因果关系成立的基础.没有时空的相对性结构就没有自然界定律对运动的不变性和对称性,也没有自然界的因果关系,反之亦然.正是两者的辩证统一构成和展示了自然界的和谐性和统一性.有人认为狭义相对论证明了世界上的一切事物都是相对的,没有绝对的,只有相对真理,没有绝对真理,这完全是一种误解.狭义相对论只是相对时空结构理论,只是证明了时间和空间是相对性的,而不是绝对的,只是证明了正是时空的相对性结构保证了一切自然界定律对运动的不变性和对称性,并没有否定自然界定律的不变性和绝对性.为此,爱因斯坦在多年内一直把狭义相对论称之为相对性原理,用以强调时间和空间的相对性结构,1915年起才开始称之为狭义相对论,以区别于广义相对论.1 物理学的三大革命19世纪末,由于实验和理论研究的深入发展,发现了一系列新的物理现象,诸如X射线、放射性、塞曼效应、电子等,利用已有的经典物理学理论无法作出解释,使物理学陷入了空前危机,也进入了一个新的革命性转折时期.因此,在20世纪初物理学相继发生了三次史无前例的伟大革命,这就是狭义相对论、广义相对论和量子论革命,革命性地改变了物理学的公理基础和概念结构.狭义相对论发现了时间和空间的相对性结构,建立了新的相对时空结构理论及其新的运动学定律,改变了人类对时间和空间的认识.广义相对论则揭示了四维弯曲时空几何结构与引力的关系,建立了新的引力场理论,由此建立了科学地研究宇宙起源、演化及其结构的现代宇宙学.量子论则深化了对物质微观结构的认识,建立了研究微观粒子运动规律的量子力学,有力地促进了分子和原子物理学、固体物理学、核物理学和基本粒子物理学以及化学等学科的飞跃发展.三大革命开辟了现代物理学的研究及其新纪元,为现代高科技发展奠定了牢固的理论基础.狭义相对论和广义相对论革命是爱因斯坦一人独力完成的,他对量子论革命也作出了至关重要的开创性贡献.因此,爱因斯坦的伟大科学成就被举世一致公认为物理学和科学史上非常罕见的奇迹,爱因斯坦也被公认为有史以来最伟大的物理学家和科学大师. 划时代的狭义相对论是爱因斯坦在1905年创立的,也是他在科学征途上攀登的第一座科学高峰.当时他才26岁,跨出大学校门只短短5年,但已充分展示了他非凡的科学天才.由于发现和建立了适用于全部物理学和自然科学的新的相对时空结构理论及其新的运动学定律,不但圆满解决了长久以来困扰物理学界的麦克斯韦电动力学不能应用于运动物体的问题,也解决了力学与电动力学在相对运动上的不对称性,为物理学理论的统一迈出了新的一步,由此发现了自然界一系列的新奇定律,脱颖而出,因此爱因斯坦也很快成为科学界刮目相看的一颗光芒灿然的科学新星.2 牛顿的绝对时空观时间和空间是一切物质存在、运动和相互作用的基础,一切自然界现象和事件都是在时间和空间中发生的.因此时间和空间概念是物理学和一切自然科学描述自然界现象和事件的基础.物理学中的时间和空间概念起源于17世纪的伽利略和牛顿.牛顿在其伟大著作《自然哲学之数学原理》一书中指出“绝对的、真正的、数学的时间,就其本性而言是永远均匀地流逝,与一切外界事物无关的”.又指出“绝对空间就其本性而言,是永远处处相同和不动的,与一切外界事物无关的”.一般称之为牛顿的绝对时空.绝对时空最鲜明的特点是时间和空间结构都与运动和一切外界事物无关,是绝对的,永远不变的.绝对时空也是牛顿力学定律对一切匀速运动保持其不变性和对称性的基础. 牛顿的绝对时空在物理学中的体现和应用,是伽利略相对性原理及其数学表示式伽利略变换,也称为伽利略运动学.相对性原理是关于时间和空间与运动关系的原理.在物理学中一般利用坐标系来定义和描述物体的静止和运动状态,坐标系是时间和空间坐标的组合.最常用的一种坐标系是适合牛顿惯性定律的惯性坐标系(一般简称为惯性系).伽利略变换就是描述时间和空间在一切惯性坐标系内与运动关系的数学形式,其中时间不受运动和外界事物的影响,是绝对的,不变的;物体的空间位置虽随运动而变化,但牛顿认为这种相对空间只是绝对空间的可动部份或者量度,而绝对空间本身则是永远处处相同和不动的.牛顿力学定律完全适合伽利略相对性原理,对伽利略变换保持其不变性和对称性,都不受坐标系或者观察者运动状态的影响,因此两者共同构成了一个逻辑一致的理论体系. 牛顿的绝对时空观由于没有任何实验事实作为依据,因此从其问世之后曾经不断遭到其同时代学者及以后历代学者的批判.19世纪末叶,奥地利著名物理学家和实证主义哲学家马赫,更从实证主义出发,对牛顿的绝对时空概念进行了系统而深刻的批判,认为一切物理学定律和物理理论都只能包含可观测量,而不应包含不可观测量,牛顿的绝对时空由于没有任何观测事实依据,应从力学和所有物理学中彻底清除出去.由于马赫及其他学者的批判,至19世纪末开始形成了两个明确认识:一是牛顿力学定律并不是了解一切物理现象的先决条件或前提;二是把一切物理现象纳入牛顿力学框架,也不是人类理性的要求.马赫的批判对爱因斯坦青年时代思想的发展有深远影响,对他后来创立狭义相对论的相对时空理论无疑有重要启发意义.因此爱因斯坦一直对马赫给予了很高评价,称赞马赫的批判给他留下了持久而深刻的印象.他认为马赫的伟大之处是他不折不挠的怀疑主义和独立精神.但在爱因斯坦之前,从未有人提出过以实验事实为依据的科学的时空理论,来取代牛顿形而上学的绝对时空理论. 实际上,牛顿的绝对时空理论并非是毫无经验事实依据的无稽之论.绝对时空观不但完全符合人们在日常生活中从未觉察到时间和空间本身有任何变化的直接感觉经验,而且在低速情况下也有其牢固的实验基础.因为在低速情况下,由于时间和空间的相对性结构而产生的相对论效应一般极其微小,不但测量不出来,也不产生任何影响,只有在接近光速的高速物理现象中相对论效应才起着重要作用.正是由于这些原因,至19世纪末的二百多年内,牛顿的绝对时空和牛顿力学定律从未受到过任何实验事实的冲击和挑战,可以圆满地成功地应用于行星运动以及一切宏观物体的运动,今天也仍然如此.因此,在过去二百年中,牛顿力学在物理学的各个领域都取得了令人瞩目和惊异的伟大成就,一直被公认为是全部物理学甚至是整个自然科学的统一基础.物理学家一直试图把全部物理学都统一到力学框架内,从力学定律推导出一切物理学定律,由此建立对自然界的统一力学世界观.但是,麦克斯韦电动力学和光学实验的发展,从根本上动摇了力学作为全部物理学和自然科学牢固基础的教条式信念.3 狭义相对论的伟大科学意义狭义相对论的伟大科学意义爱因斯坦创立划时代的狭义相对论的论文有一个朴实无华的简单题目《论运动物体电动力学》这也是当时物理学界共同关心和研究的热门课题.但只有爱因斯坦建立了全新的相对时空结构理论及其新的运动学定律,才使这一问题圆满解决.这篇论文也是科学史上最具有特色的论文,不但其科学内容的革命性和创造性以及所展示的非凡物理洞察力和新思维是科学史上十分罕见的,而且其理论结构也构成了一个从最少基本原理出发的既完美又自洽一致的逻辑演绎体系.为此,爱因斯坦强调指出,狭义相对论体现了理论科学在现代发展的基本特征,也更接近于一切科学的伟大目标,即从最少的假设或者公理出发,通过逻辑演绎方法,概括最多的经验事实.又指出,过去适用于科学发展早期的占主导地位的归纳法,正在让位于探索性的演绎法.狭义相对论正是爱因斯坦倡导的逻缉演绎法的一个典范.现在演绎法已成现代理论物理学发展的主要模式.再者,其文体风格也十分特殊,没有引用任何。
高考物理最新近代物理知识点之相对论简介知识点总复习含解析
高考物理最新近代物理知识点之相对论简介知识点总复习含解析一、选择题1．麦克斯书认为：电荷的周围存在电场，当电荷加速运动时，会产生电磁波。
受此启发，爱因斯坦认为：物体的周围存在引力场，当物体加速运动时，会辐射出引力波。
爱因斯坦提出引力波的观点，采用了（）A．类比法B．观察法C．外推法D．控制变量法2．在地面附近有一高速飞行的宇宙飞行器，地面上的人和宇宙飞行器中的宇航员观察到的现象，正确的是A．地面上的人观察到宇宙飞行器变短了B．地面上的人观察到宇宙飞行器变长了C．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变慢了D．宇航员观察到宇宙飞行器内的时钟变快了3．下列说法正确的是________．A．物体做受迫振动时，振幅与物体本身无关B．光纤通信是激光和光导纤维相结合实现的C．火车以接近光速通过站台时车上乘客观察到站台上的旅客变矮D．全息照相技术是光的衍射原理的具体应用4．以下说法正确的是（）A．核裂变与核聚变都伴有质量亏损，亏损的质量转化成能量B．β射线和光电效应中逸出的电子都是原子核衰变产生的C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源、观察者间的相对运动没有关系D．原子核所含核子单独存在时的总质量不小于该原子核的质量5．下列说法正确的是________．A．机械波和电磁波都能在真空中传播B．光的干涉和衍射说明光是横波C．铁路、民航等安检口使用红外线对行李内物品进行检测D．狭义相对论指出，物理规律对所有惯性参考系都一样6．下列关于近代物理的说法，正确的是A．玻尔理论成功解释了各种原子发出的光谱B．能揭示原子具有核式结构的事件是氢原子光谱的发现C．光电效应实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难D．质能方程2=揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方E mc程的科学家是卢瑟福7．下列说法中正确的是( )A．光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是不同的B．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变宽D．声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率8．关于爱因斯坦质能方程，下列说法中正确的是（）A．中是物体以光速运动的动能B．是物体的核能C．是物体各种形式能的总和D．是在核反应中，亏损的质量和能量的对应关系9．如图所示是黑洞的示意图，黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片。
物理相对论公式整理
物理相对论公式整理物理相对论是20世纪初由爱因斯坦提出的一种重要理论，它深刻地改变了我们对时间、空间和质量等概念的认识。
相对论理论中包含了许多重要的公式，下面我们将对相对论的一些重要公式进行整理和总结。
1. 狭义相对论公式：(1) 时间间隔公式在狭义相对论中，时间的流逝并不是绝对的，而是与观察者的参考系有关。
时间间隔公式描述了两个事件在不同参考系中的时间差异：Δt' = γ * Δt其中Δt'是在相对运动观察者看到的时间间隔，Δt是静止观察者测得的时间间隔，γ是洛伦兹因子。
(2) 长度收缩公式由于时间与空间的相互关系，物体在相对运动中的长度也会发生变化。
长度收缩公式描述了观察者所测得的物体长度与物体静止时长度之间的关系：L' = L / γ其中L'是相对运动观察者测得的物体长度，L是静止观察者测得的物体长度。
(3) 能量-质量等价公式根据质能关系（E = mc²），能量与质量之间存在等价关系。
能量-质量等价公式描述了物体的运动能量与质量之间的关系：E = γmc²其中E是物体的总能量，m是物体的静质量，c是光速，γ是洛伦兹因子。
2. 广义相对论公式：(1) 爱因斯坦场方程广义相对论是爱因斯坦的杰作，他提出了描述引力的爱因斯坦场方程：Gμv = 8πTμv其中Gμv是爱因斯坦张量，Tμv是能动张量。
(2) 弯曲时空公式广义相对论中最重要的概念之一是曲率，由于质量和能量的存在，时空会发生弯曲。
引力的作用可以通过测量曲率来刻画，弯曲时空公式可以表示为：Rμv - 0.5Rgμv = -8πGTμv其中Rμv是里奇张量，R是标量曲率，gμv是度规张量。
(3) 光线偏折公式引力场的存在会导致光线偏折，光线偏折公式可以表达为：α = 4GM / (c²R)其中α是光线的偏折角度，G是引力常数，M是质量，c是光速，R 是距离引力源的距离。
总结：以上是物理相对论中的一些重要公式的整理，这些公式描述了时间间隔、长度收缩、能量-质量等价、爱因斯坦场方程、弯曲时空和光线偏折等关键概念。
[物理]大学物理学知识总结
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大学物理学知识总结第一篇 力学基础质点运动学一、描述物体运动的三个必要条件 （1）参考系（坐标系）：由于自然界物体的运动是绝对的，只能在相对的意义上讨论运动，因此，需要引入参考系，为定量描述物体的运动又必须在参考系上建立坐标系。
（2）物理模型：真实的物理世界是非常复杂的，在具体处理时必须分析各种因素对所涉及问题的影响，忽略次要因素，突出主要因素，提出理想化模型，质点和刚体是我们在物理学中遇到的最初的两个模型，以后我们还会遇到许多其他理想化模型。
质点适用的范围：1.物体自身的线度l 远远小于物体运动的空间范围r2.物体作平动如果一个物体在运动时，上述两个条件一个也不满足，我们可以把这个物体看成是由许多个都能满足第一个条件的质点所组成，这就是所谓质点系的模型。
如果在所讨论的问题中，物体的形状及其在空间的方位取向是不能忽略的，而物体的细小形变是可以忽略不计的，则须引入刚体模型，刚体是各质元之间无相对位移的质点系。
（3）初始条件：指开始计时时刻物体的位置和速度，（或角位置、角速度）即运动物体的初始状态。
在建立了物体的运动方程之后，若要想预知未来某个时刻物体的位置及其运动速度，还必须知道在某个已知时刻物体的运动状态，即初台条件。
二、描述质点运动和运动变化的物理量（1）位置矢量：由坐标原点引向质点所在处的有向线段，通常用r 表示，简称位矢或矢径。
在直角坐标系中zk yi xi r ++=在自然坐标系中)(s r r =在平面极坐标系中rr r =（2）位移：由超始位置指向终止位置的有向线段，就是位矢的增量，即12r r r -=∆位移是矢量，只与始、末位置有关，与质点运动的轨迹及质点在其间往返的次数无关。
路程是质点在空间运动所经历的轨迹的长度，恒为正，用符号s ∆表示。
路程的大小与质点运动的轨迹开关有关，与质点在其往返的次数有关，故在一般情况下：s r ∆≠∆但是在0→∆t 时，有ds dr =（3）速度v 与速率v ： 平均速度t r v ∆∆=平均速率t sv ∆∆=平均速度的大小（平均速率）t s t r v ∆∆≠∆∆=质点在t 时刻的瞬时速度dt dr v =质点在t 时刻的速度dt dsv =则v dt ds dt dr v ===在直角坐标系中k v j v i v k dt dzj dt dy i dt dx v z y x ++=++=式中dtdzv dt dy v dt dx v z y x ===,, ，分别称为速度在x 轴，y 轴，z 轴的分量。
大一相对论知识点总结
大一相对论知识点总结相对论是物理学中的一个重要分支，它通过描述物体在高速运动和强重力场中的行为，对我们理解宇宙的基本规律提供了深刻的洞察。
在大一学习相对论时，我们需要了解一些基本的知识点。
本文将对大一相对论的知识点进行总结。
一、相对论的起源与基本概念相对论的起源可以追溯到爱因斯坦的相对论理论。
相对论是基于两个基本的前提：相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出物理规律在所有匀速运动的观察者看来都是相同的，而光速不变原理则指出光在真空中的速度是一个恒定值。
二、洛伦兹变换洛伦兹变换是相对论中的基本工具，用于描述运动参考系之间的相对运动关系。
它包含了时间、空间和动量的变换公式。
详细的洛伦兹变换公式可以表示为：t' = (t - v*x/c^2) / sqrt(1 - v^2/c^2)x' = (x - v*t) / sqrt(1 - v^2/c^2)y' = yz' = z其中，t'和x'是相对于一个运动参考系S'的时间和空间坐标，而t和x则是相对于另一个运动参考系S的时间和空间坐标。
v是两个参考系之间的相对速度，c是光速。
三、狭义相对论狭义相对论是相对论的基础，主要研究高速运动体系中的相对性和物理现象，如时间膨胀、长度收缩和质能关系等。
其中，时间膨胀指的是高速运动物体的时间流逝比静止物体慢，而长度收缩则表示高速运动物体的长度在运动方向上会缩短。
质能关系则指出质量和能量之间存在等效性，即E = mc^2。
四、引力与广义相对论广义相对论是相对论的扩展，引入了引力的概念。
根据广义相对论，物体的运动轨迹是受到周围引力场的影响而弯曲的。
此外，广义相对论还预言了黑洞和时空弯曲等引人入胜的现象，这些都是基于爱因斯坦场方程进行的。
五、实验验证和应用相对论的理论预言在多个实验中得到了验证，例如钟慢实验、光的红移和核能释放等方面的观测结果都与相对论的预言相吻合。
相对论的应用也非常广泛，包括全球定位系统（GPS）、核能电站设计和高能物理实验等。
相对论、量子论知识小结
相对论、量子论1、狭义相对论基本原理（1）物理基本规律对所有惯性系都是一样的。
（2）对任何惯性系，光在真空中的速率c 都相同。
2、同时的相对性：是相对的，与参考系有关；3、时间延缓 ：()2c v 1t t -'∆=∆ 4、长度缩短：21⎪⎭⎫ ⎝⎛-'=c v L L 5、相对论的质量：0220m c v1m m γ=-=相对论的能量：E= mc 2 = E k + m 0 c 2相对论的动量：v v v m m 1m p 020=γ=β-= 相对论的动能：202k c m mc E -=6、光电效应：证明光具有粒子性，粒子性的特征： 能量ε=h ν质量:mc 2=h ν ，m=h ν/c 2动量mc=P=h ν/c=h/λ爱因斯坦方程 W m h +=221v ν7、康普顿效应：（1）证明光具有粒子性；（2）证明首次表明在微观领域内能量守恒和动量守恒同样适用！8、实物粒子波粒二象性：一个能量为E 、动量为 p 的实物粒子同时具有波动性它的波长λ、频率ν 和 E 、p 的关系与光子一样： ν=h E ；λ=h p9、海森伯不确定关系：2/m x x ≥∆⋅∆v例题：1、金属的光电效应的截止频率依赖于：（1）入射光的频率；（2）入射光的频率和金属的逸出功；（3）入射光的强度；（4）金属的逸出功2、波长为10nm 的光子的能量为 ，动量为 ，（h=6.63*10-34J.S ）3、α粒子在加速器中被加速,其质量为静止质量的3倍时,动能为静止能量的(A)2倍 ； (B)3倍 ； (C)4倍 ； (D)5倍4、边长为a 的正方形薄板静止于惯性系K 的XOY 平面内，且两边分别与X ，Y 轴平行。
今有惯系K ′以0.8c(c 为真空中的光速)的速度相对于K 系沿X 轴作匀速直线运动,则从K ′系测得薄板的面积为(A)a ². ； (B)0.6a ² ； (C)0.8a ² ； (D)a ²/0.65、π＋介子是不稳定的粒子，在它自己的参照系中测得平均寿命是2.6×10-8s ，如果它相对实验以0.8c （c 为真空中光速）的速度运动，那么实验坐标系中测得π+介子的寿命是_4.33×10-8s.6、宇宙飞船相对于地面以速度V 作匀速直线飞行，某一时刻飞船头部的宇航员向飞船尾部发出一个光讯号，经过t ∆（t ∆为飞船上得钟）时间后，被尾部的接收器收到，则由此可以知道飞船的固有长度为（A ）t c ∆；（B ）t v ∆；（C ）()2c v 1t c -∆；（D ）()2c v 1t c -∆7、不确定关系2/m x x ≥∆⋅∆v 表示，在x 方向上，（1）粒子位置不能准确确定；（2）粒子动量不能准确确定（3）粒子位置和动量都不能准确确定；（4）粒子位置和动量不能同时准确确定。
大学物理 近代物理总结
。（又称爱因斯坦延缓 。（ 2）时间的膨胀： 又称爱因斯坦延缓） ）时间的膨胀： 又称爱因斯坦延缓） K系X处（如举手） 系 处 如举手） t2Y’ Y t1 （本征） ∆t0 = t2 − t1 本征） 系观测： 则K’系观测： 系观测
X’ X’ X
∆t' =
∆t0
O
O’
1− β
1 1− β
2
> ∆t0
L=n
2π
= nh
h 称为狄拉克 称为狄拉克h h= 2π
B、跃迁假设 、 只有当原子从一个较大的能量En的稳定状态跃 只有当原子从一个较大的能量 迁到另一较低能量E 的稳定状态时，才发射单] 迁到另一较低能量 k的稳定状态时，才发射单 色光，其频率： 色光，其频率： E −E
νnk =
n
k
h
反之，当原子在较大低能量Ek的稳定状态时， 反之，当原子在较大低能量 的稳定状态时， 吸收了一个频率为ν 的光子能量就可跃迁到； 吸收了一个频率为νnk的光子能量就可跃迁到； 较大能量 的稳定状态 的稳定状态。 较大能量E的稳定状态。 E2 E2
−8
M0(T) =σT
4
斯忒蕃--玻尔兹曼常数 斯忒蕃 玻尔兹曼常数
B)维恩位移定律：黑体 维恩位移定律： 维恩位移定律 −1 −1 M0(λT) (wcm µm ) . 温度增高时， 温度增高时，其单色 辐出度的峰值波长向 60 2200K 短波方向传播， 短波方向传播，且有 50 如下关系： 如下关系： 40
u' u
X’ X2 X
u − v u = u'+v u' u' = v v 1+ 2 u' 1− 2 u c c
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开枪 v
子弹
事件1
事件2
四 狭义相对论的几个主要结论
(1)质量与速度的关系
(4)质能关系
m
m0
1 (v / c)2
(2)动量与速度的关系
P mv
m0v
1 (v / c)2
(3)相对论力学基本方程
F
dp
d (mv )
dt dt
E mc 2 m0c2 Ek
本章小结
一.狭义相对论的基本原理
1）（狭义）相对性原理：物理规律在所有的惯性系中都 具有相同的表达形式 。
2）光速不变原理： 真空中的光速是常量，它与光源或观 察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择。
二 洛伦兹变换
x ut x'
1 (u / c)2
y' y
z' z
t' t ux / c2 1 (u / c)2
vx
vx u
1
u c2
vx
vy
1
vy u c2
vx
1 u2 c2vz1来自vz u c2vx
1
u2 c2
三 狭义相对论时空观
1、 同时的相对性
在 S'系同时不同地
发生的两事件
t' t'2 t'1 0 x' x'2 x'1 0
t
t'
u c2
正变换 S→S’
x'ut' x
1 (u / c)2 y y'
z z'
t'ux' / c2 t
1 (u / c)2
逆变换 S’→S
洛仑兹速度变换式：
正变换
逆变换
v x
vx u
1
u c2
vx
vy
vy
1
u c2
vx
1
u2 c2
vz
1
vz u c2
vx
u2 1 c2
x'
1 (c / u)2
u c2
x'
0
1 (c / u)2
在 S 系中这两个事件不
是同时发生的。
在 S'系同时同地发
生的两事件
t' t'2 t'1 0
x ' x '2 x '1 0
t
t'
u c2
x'
0
1 (u / c)2
在 S 系中这两个事件 是同时发生的。
(5)相对论动能
Ek mc 2 m0c2
(6)动量和能量的关系
E 2 E02 p2c2
l0 称为固有长度（或原长），即相对
物体静止的惯性系中所测量的长度。
3、时间膨胀效应（动钟变慢）
y
s
x1
o 12
9
3
6
12
93
6
d
x2
12 x
9
3
6
t
(t'
ux' c2 )
x' 0
t t2 t1 t'
t' t
1 (u / c)2
t t' 0 固有时间（原时）
0 固有时间（本征时间）：在某一惯性系中，同一地点先后发
生的两个事件的时间间隔。
4、因果率
t' (t ux / c2 )
t(1
u c2
x )
t
t(1
u)
cc
当 t 0 时
t' t(1 u ) 0
cc
鸟死
由因果律联系的两事件 的时序是不会颠倒的。
2、长度缩短效应
x' x2 'x1' l0
t1 t2 ,t 0
x x 2 x1 l
S S' y y'
u
o o' x1 ' l0 x 2 ' x ' x1 l x2 x
z z'
由 x' x ut 有： l0 l,
1 (u / c)2
l l0 1 (u / c)2