物理小论文--爱因斯坦的相对论
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
20世纪初，在物理学晴朗天空的远处有那朵令人不安的云，在经过爱因斯坦等伟大科学家的深入研究和不断探索后，如今已化为了天边一片绚烂的彩霞，不仅帮助科学界对物质的相互作用、宇宙的起源等方面提供了理论体系，也使人们在对自然和宇宙的认知上提升了很大的层次。
参考来自百度文库献：
（1）《爱因斯坦奇迹年━━改变物理学面貌的五篇论文》[美] 约翰•施塔赫尔主编，范岱年、许良英译，上海科技教育出版社2001年版。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。
爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段：
（一）“光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着，这速度同发射体的运动状态无关。”
一、质能公式
学过大学物理的人都应该知道，质点被加速的过程，相对论和牛顿力学的图像是不相同的。在牛顿力学中，随着外力做功，质点速度不断增大，可以直至无穷；在相对论中，不仅速度要增大，质量也要增大，所以不能用传统的牛顿力学中的公式来来求高速运动物体的能量。
课本上的推导是这样的：质点由静止沿X轴加速到任意速率V的过程中，合外力F做的功为
想象一下，一个小球掉到镜面会对镜面施加一个压力，同样道理，一个光子打到镜面上会不会也有一个压力呢？在19世纪末，物理光学就清楚应该是有的，并把这种压力叫做光压。但是，光压的强度是如此的小，它根本不会把镜子推倒，所以，我们在日常生活中也就很难感觉到它的存在了。然而，太阳发出的光是那么的强，我们可以看到，它足以推动彗星的气体，使彗星在靠近太阳时产生一条长长的、耀眼的彗尾。
静止能量是牛顿力学中没有的全新概念，它表明孤立的物体即使静止也同样具有能量，这能量包括物体内所有微粒的势能和动能等一切形式的能量，是物体内能的总和。它把先前的能量守恒和质量守恒完全的统一了起来。从这我们也可以看出爱因斯坦不愧是20世纪最伟大的科学家。
二、光速不变原理
光速不变原理，在狭义相对论中，指的是无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
（2）《大学物理》（下册）芶秉聪，胡海云主编，国防工业出版社。
1899年，俄国物理学家列别捷夫就通过实验证明了光压的存在，并且还发现了一个这样的关系式，如果我们用P表示光压，E作为光的能量，c是光速，那么可以得到
P=2E/c；
现在假设单位时间t内的光子“撞”到镜面上，并且反弹了回来，这个过程中产生的光压为P。我们取光子“撞”向镜面的方向为正方向。根据我们学过的那个动量定理（力乘以时间等于动量的变化那个），对光子来说，于是有
（二）“下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的，这两条原理我们定义如下：
1. 物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”
爱因斯坦的相对论
摘要：20世纪初的迈克尔逊——莫雷实验中的“以太危机”孕育出了现代物理学的两大基本支柱之一—相对论。它给出了高速运动物体满足的物理规律，揭示了质量和能量的内在联系，阐述了光速不变的原理，开始了万有引力和大尺度空间本质关系的探索。现在，相对论已经成为研究物质相互作用、宇宙起源等方面的理论基础。
-Pt= -mc - mc= -2mc
负号对消
Pt=2mc
我们上面说了t是单位时间，也就是t=1，所以
P=2mc
利用列别捷夫的光压公式，
2E/c=P=2mc
约去2，两边乘以c
E=m· ;
这个推导是从网上看到的，可能有点问题，但个人却看不出具体问题，在此仅供参考。
爱因斯坦的质能公式是相对论最有意义的结果，包含了深刻的物理内涵。他把质量和能量用光速 联系起来，说明一定的质量相当于一定的能量。不能把质能关系理解成质量和能量的相互转化，而应理解为质量和能量是物质互相联系的两个基本属性。
（三）“对于大于光速的速度，我们的讨论就变得毫无疑义了；在以后的讨论中，我们会发现，光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。”
（四）“由此，当υ=V时，W就变成无限大。正像我们以前的结果一样，超光速的速度没有存在的可能。”
这应该就是光速不变原理的正式提出吧。
证明光速是不变的有四项事实：1） 恒星光行差；2） 恒星都是一个一个的小圆点；3） 恒星都静止；4） 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。下面简要介绍一下太阳光迈克尔逊——莫雷实验。
迈克尔逊——莫雷实验的依据是：光速＝波长×频率。光波长和频率可以根据光的干涉条纹确定。根据“杨氏双缝干涉实验”干涉条纹之间的间距，能够独立推算出光波长，自然可确定光频率。这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数，即不同颜色光的波长和频率的乘积相等；而且乘积数值等于检测的光速值；从而充分证明：“光速＝波长×频率”成立。同时迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测来自不同方向的阳光的光速，都充分证明：阳光的光速不变。
关键词：质能公式；光速不变原理
正文：爱因斯坦相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦(Albert Einstein)创立，分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论讨论的是匀速直线运动的惯性参照系之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的常识性观念，提出了“时间和空间的相对性”,“四维时空”,“弯曲空间”等全新的概念。狭义相对论提出于1905年，广义相对论提出于1915年。下面主要从相对论中的质能公式和光速不变原理来进行探讨。
A= = = = = =m -
根据动能定理
=m -
由上面公式，动能表示为两项的差，其中 与静止质量有关，称为静止能量，用 表示，m* 与相对质量有关，称为相对能量或总能量，用E表示。
E=m 也就是传说中爱因斯坦著名的质能公式。
但是这里爱因斯坦的质能公式E=m ; 的推导过程所用的数学手段比较复杂,一般人很难看得懂，但是，我们都有这样的经历，做一道数学题，往往有很多种方法，并且有一些还是十分简单，通常是事半功倍。同样道理，我们也可以试着走走捷径，弄出个E=m 。
参考来自百度文库献：
（1）《爱因斯坦奇迹年━━改变物理学面貌的五篇论文》[美] 约翰•施塔赫尔主编，范岱年、许良英译，上海科技教育出版社2001年版。
光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。
爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段：
（一）“光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着，这速度同发射体的运动状态无关。”
一、质能公式
学过大学物理的人都应该知道，质点被加速的过程，相对论和牛顿力学的图像是不相同的。在牛顿力学中，随着外力做功，质点速度不断增大，可以直至无穷；在相对论中，不仅速度要增大，质量也要增大，所以不能用传统的牛顿力学中的公式来来求高速运动物体的能量。
课本上的推导是这样的：质点由静止沿X轴加速到任意速率V的过程中，合外力F做的功为
想象一下，一个小球掉到镜面会对镜面施加一个压力，同样道理，一个光子打到镜面上会不会也有一个压力呢？在19世纪末，物理光学就清楚应该是有的，并把这种压力叫做光压。但是，光压的强度是如此的小，它根本不会把镜子推倒，所以，我们在日常生活中也就很难感觉到它的存在了。然而，太阳发出的光是那么的强，我们可以看到，它足以推动彗星的气体，使彗星在靠近太阳时产生一条长长的、耀眼的彗尾。
静止能量是牛顿力学中没有的全新概念，它表明孤立的物体即使静止也同样具有能量，这能量包括物体内所有微粒的势能和动能等一切形式的能量，是物体内能的总和。它把先前的能量守恒和质量守恒完全的统一了起来。从这我们也可以看出爱因斯坦不愧是20世纪最伟大的科学家。
二、光速不变原理
光速不变原理，在狭义相对论中，指的是无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
（2）《大学物理》（下册）芶秉聪，胡海云主编，国防工业出版社。
1899年，俄国物理学家列别捷夫就通过实验证明了光压的存在，并且还发现了一个这样的关系式，如果我们用P表示光压，E作为光的能量，c是光速，那么可以得到
P=2E/c；
现在假设单位时间t内的光子“撞”到镜面上，并且反弹了回来，这个过程中产生的光压为P。我们取光子“撞”向镜面的方向为正方向。根据我们学过的那个动量定理（力乘以时间等于动量的变化那个），对光子来说，于是有
（二）“下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的，这两条原理我们定义如下：
1. 物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”
爱因斯坦的相对论
摘要：20世纪初的迈克尔逊——莫雷实验中的“以太危机”孕育出了现代物理学的两大基本支柱之一—相对论。它给出了高速运动物体满足的物理规律，揭示了质量和能量的内在联系，阐述了光速不变的原理，开始了万有引力和大尺度空间本质关系的探索。现在，相对论已经成为研究物质相互作用、宇宙起源等方面的理论基础。
-Pt= -mc - mc= -2mc
负号对消
Pt=2mc
我们上面说了t是单位时间，也就是t=1，所以
P=2mc
利用列别捷夫的光压公式，
2E/c=P=2mc
约去2，两边乘以c
E=m· ;
这个推导是从网上看到的，可能有点问题，但个人却看不出具体问题，在此仅供参考。
爱因斯坦的质能公式是相对论最有意义的结果，包含了深刻的物理内涵。他把质量和能量用光速 联系起来，说明一定的质量相当于一定的能量。不能把质能关系理解成质量和能量的相互转化，而应理解为质量和能量是物质互相联系的两个基本属性。
（三）“对于大于光速的速度，我们的讨论就变得毫无疑义了；在以后的讨论中，我们会发现，光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。”
（四）“由此，当υ=V时，W就变成无限大。正像我们以前的结果一样，超光速的速度没有存在的可能。”
这应该就是光速不变原理的正式提出吧。
证明光速是不变的有四项事实：1） 恒星光行差；2） 恒星都是一个一个的小圆点；3） 恒星都静止；4） 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。下面简要介绍一下太阳光迈克尔逊——莫雷实验。
迈克尔逊——莫雷实验的依据是：光速＝波长×频率。光波长和频率可以根据光的干涉条纹确定。根据“杨氏双缝干涉实验”干涉条纹之间的间距，能够独立推算出光波长，自然可确定光频率。这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数，即不同颜色光的波长和频率的乘积相等；而且乘积数值等于检测的光速值；从而充分证明：“光速＝波长×频率”成立。同时迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测来自不同方向的阳光的光速，都充分证明：阳光的光速不变。
关键词：质能公式；光速不变原理
正文：爱因斯坦相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦(Albert Einstein)创立，分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论讨论的是匀速直线运动的惯性参照系之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的常识性观念，提出了“时间和空间的相对性”,“四维时空”,“弯曲空间”等全新的概念。狭义相对论提出于1905年，广义相对论提出于1915年。下面主要从相对论中的质能公式和光速不变原理来进行探讨。
A= = = = = =m -
根据动能定理
=m -
由上面公式，动能表示为两项的差，其中 与静止质量有关，称为静止能量，用 表示，m* 与相对质量有关，称为相对能量或总能量，用E表示。
E=m 也就是传说中爱因斯坦著名的质能公式。
但是这里爱因斯坦的质能公式E=m ; 的推导过程所用的数学手段比较复杂,一般人很难看得懂，但是，我们都有这样的经历，做一道数学题，往往有很多种方法，并且有一些还是十分简单，通常是事半功倍。同样道理，我们也可以试着走走捷径，弄出个E=m 。