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狭义相对论的时空观

重点:洛伦兹变换 要求掌握坐标的正变换和速度的正变换;能够从左边变换 导出速度变换; 理解伽利略变换式洛伦茨变换在低速情况下的一个极限; 能够利用洛伦兹变换证明狭义相对论第二条—光速不变原 理; 理解洛伦兹变换式并非推导出来的公式;
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14-4 狭义相对论的时空观 理解同时同地的相对性,以及长度收缩和时 间延缓的概念,掌握狭义相对论的时空观.
14-6 相对论中质量、动量
掌握狭义相对论中质量、动量与速度的关系,以及质量与能量 间的关系.
一.动量与质量
难点:为什么重新定义质量?如何理解狭义相对论第一条和狭义 相对论框架下动量定义的关系?
引入:依照牛顿第二定律 Ft mv ,作用在质点上的作用力, 无论力的大小有多大,只要作用的时间足够长,质点的运动速 度都有可能超过光速。这显然是不符合实验事实的。
经典物理
经典力学;经典电磁学;经典光学;经典热力学
近代物理
第十四章 相对论
经典力学的相对性原理和麦克斯韦电磁理论的 矛盾
第十五章 量子力学
经典热学中的能量均分定则在描述黑体辐射时 出现的“紫外灾难”
物理学
第五版
第十四章
相对论
一个了解,两个理解,三个掌握
了解相对论背景—麦克尔逊-莫雷实验 理解牛顿的绝对时空观
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15-1
黑体辐射
普朗克能量子假设
1. 掌握黑体概念(并非黑色物体,吸收、反射、辐射)
2. 掌握黑体辐射的特征: 斯特藩 - 玻耳兹曼定律; 维恩位移定律; 辐出度随频率的变化特征; 3. 了解经典物理理论在说明热辐射的能量按频率分布曲线时 所遇到的困难.
4. 掌握普朗克量子假设,了解该假设下黑体辐射问题的解决.
3. 理解光的波粒二象性.
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15-4 波尔的氢原子模型
1. 了解氢原子光谱的实验规律;
2. 了解卢瑟福 粒子散射实验和有核模型;
3. 理解有核模型和经典电磁理论的区别;
4. 掌握玻尔氢原子理论的三个假设(定态假设, 量子化条件,频率条件),能够利用公式1415-2光电效应 光的波粒二象性
1. 了解经典物理理论在说明光电效应的实验规律时所遇到的 困难---截止频率和瞬时性; 2. 理解爱因斯坦光量子假设,理解量子化的概念; 3. 掌握爱因斯坦方程,能够利用方程计算截止频率或初速度 (外光电效应)
1 h mv 2 W 2
4. 理解光的波粒二象性.
难点2:求时间差时候的泰勒展开,建议在 黑板上推导;
4
14-3 狭义相对论基本原理,洛伦兹变换式
难点:狭义相对论第一条---相对性原理---的理解(物理定 律在所有惯性系中都具有相同的表达形式.,所有的惯性系对 运动的描述都是等效的。换句话说,不论在哪个惯性系中做 实验都不能确定该惯性系的运动,换言之,对运动的描述只 有相对意义,绝对静止的参考系是不存在的).
t
t 1
2
t
重点:理解动钟变慢的物理原理,掌握动钟变
慢公式;能够利用公式做简单计算;
难点: 1. 对固有时间的理解,本质是同地不同时问题; 2. 分清楚固有时长和观测时长的区别; 3. 区别洛伦兹变换、动尺变短、动钟变慢的运用
范围;
8 8
牛顿绝对时空观---绝对空间和绝对时间 绝对空间:空间与运动无关,空间绝对静止. 空 间的度量与惯性系无关,绝对不变. 绝对时间: 时间均匀流逝,与物质运动无关,所 有惯性系有统一的时间. 对应伽利略变换。 狭义相对论的时空观---相对时间和相对空间 时—空不互相独立,而是不可分割的整体. 光 速 C 是建立不同惯性系间时空变换的纽带. 对应洛伦兹变换。
5. 光电效应只是半经典半量子化概念,事实上微观体系中低 于截止频率的光也可以激发光电流。
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15-3 康普顿效应
1. 理解康普顿效应的实验规律,以及光子理论 对这个效应的解释. 2. 理解康普顿效应和光电效应区别;
前者是电子和光子的弹性碰撞,遵循能量守 恒和动量守恒,后者是电子吸收光子的过程,遵 循能量守恒。
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二 长度的收缩(动尺变短)
重点:理解动尺变短的物理原理,掌握动尺变
短公式;能够利用公式做简单计算;
难点: 1. 长度测量的同时性,本质是同时不同地问题; 2. 固有长度是在S’系中测量的长度; 3. 物体相对观察者向某个方向运动,则观察者观
测到在该方向上物体长度收缩.
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三 时钟延缓(动钟变慢)
引入:介绍依考夫曼和布雪列的测量电子质量的实验,指出实 验对理论证实的重要性。
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14-6 相对论中质量、动量
二.质量和能量
Ek mc2 m0c 2
1. 在黑板上推导相对论下动能的表达式; 2. 指出各量的物理义,E Ek m0c 2 mc2 ; 3. 推导低速情况下上式到经典动能表达式的回归; 4. 通过例题讲解理解质量变化和能量变化之间的关系;
二.动量和能量
1. 掌握动量和能量之间的关系,E 2 E0 p2c2 ;
2. 掌握光子的动能、动量、质量;
2
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第十五章
量子物理
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第十五章 量子力学
本章知识点:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 黑体辐射 ---- 普朗克 能量量子 光电效应 ---- 爱因斯坦 光量子 康普顿效应 ----微观世界的能量和动量守恒 氢原子的波尔理论 德布罗意波 ----实物粒子的二项性 测不准关系 ----薛定谔的猫 量子力学简介
理解狭义相对路的时空观 掌握洛伦兹变换关系 掌握尺缩效应、动钟延缓
掌握相对论下的质量、动量、能量
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14-0
教学基本要求
14-1 伽利略变换式 牛顿绝对时空观 掌握伽利略坐标变换、速度变换以及加速 度变换法则; 理解经典时空观/牛顿的绝对时空观.
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14-0
教学基本要求
14-2 迈克尔逊-莫雷实验. 了解迈克尔逊-莫雷实验的历史背景; 理解迈克尔逊-莫雷实验的基本原理和结论; 难点1:对垂直于运动方向光速分量的理解;
一、理解同时同地的相对性;
1 Δx 0 Δt 0 2 Δx 0 Δt 0
3 Δx 0 Δt 0 4 Δx 0 Δt 0
Δx' 0 Δt' 0 Δx' 0 Δt' 0 Δx' 0 Δt' 0 Δx' 0 Δt' 0
---通常不同时不同地
在理解的基础上能够做正确的判别
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