高二物理竞赛经典力学的时空观 伽利略相对性原理和电场强度与电势梯度的关系课件.ppt

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1、1.电势梯度,在电场中任取两相距很近的等势面1和2，,1,V,V+dV,2,P1,P2,电势分别为V和V+dV，且dV0。,等势面1上P1点的单位法向矢量为 ,与等势面2正交于P2 点。,7-5 电场强度与电势梯度的关系,在等势面2任取一点P3 ，设,则,定义电势梯度,方向与等势面垂直，并指向电势升高的方向。,其量值为该点电势增加率的最大值。,单位:V/m,电荷q从等势面1移动到等势面2，电场力作功,2.电势梯度与电场强度的关系,场强也与等势面垂直，但指向电势降低的方向。,1,2,故,在直角坐标系中,-q,例题7-16 试由电偶极子的电势分布求其的电场强度。,解：,在直角坐标系中先写出电势的表

2、达式：,y,P(x,y),-L/2,+q,L/2,r,r+,r,O,x,例题7-17 将半径为R2 的圆盘在盘心处挖去半径为R1的小孔,并使盘均匀带电。试通过用电势梯度求电场强度的方法，计算这个中空带电圆盘轴线上任一点P处的电场强度。,解：,设圆盘上的电荷面密度为 ,轴线上任一点P到中空圆盘的距离为x，在圆盘上取半径为r宽为dr的圆环，环上所带电荷为,该圆环在P点的电势为,整个中空圆盘在该点的电势为,由于电荷的轴对称分布，,第四章 相对论基础,4-1 经典力学的时空观 伽利略相对性原理,爱因斯坦(18791955),牛顿(1643 - 1727),“我不知道世人会如何看我。我觉得自己就像是在海

3、滩上玩耍的一个男孩，我会为时不时找到了一个比寻常所见更加光滑的卵石或更加漂亮的贝壳而感到欣喜，而我的面前，却是一片未被发现的真理的广阔海洋。” 牛顿,12,目 录,第一章 力和运动第二章 运动的守恒量和守恒定律第三章 刚体和流体的运动第四章 相对论基础第五章 气体动理论第六章 热力学基础第七章 静止电荷的电场第八章 恒定电流的磁场第九章 电磁感应 电磁场理论,4-1 经典力学的时空观 (伽利略相对性原理)4-2 狭义相对论基本原理 狭义相对论的时空观4-3 洛仑兹变换4-4 相对论速度变换4-5 狭义相对论动力学基础*4-6 广义相对论简介,相对论是现代物理学泰斗爱因斯坦的伟大成就，但相对论的

4、思想和我们的经验相差如此之远，几乎有些匪夷所思。然而相对论的正确性已为可靠的实验证实，并为当代学术界所共识。,13,相对论,相对论是由爱因斯坦（Albert Einstein）创立的，包括：1. 狭义相对论（Special relativity 1905 年） 研究高速运动物体在惯性系中运动的规律 以及物理量和物理规律在不同惯性系间的变换关系。 狭义相对论揭示了时间、空间与运动的关系。2. 广义相对论（General relativity 1915 年） 研究在任意参考系中物体运动的规律 以及它们在不同参考系之间变换的关系。 广义相对论揭示了时间、空间与引力的关系。,“此时此刻，重力问题占据了

5、我所有心思，有件事是确定的，我一生中从未如此痛苦过。和重力问题比起来，狭义相对论有如儿戏。”,14,绝对时空观,问题1： 对于不同的参考系，空间和时间的测量结果是一样的吗？,如果甲测的小球下落时间为,如果乙测的小球下落时间为,两个基本问题,15,绝对时空观,问题1： 对于不同的参考系，空间和时间的测量结果是一样的吗？,绝对时空观：无论在哪个惯性系中测量，结果都是一样的！,绝对空间：长度的测量与参考系无关。绝对时间：时间的测量与参考系无关。,两点之间的距离，无论在那个惯性系中测量都是一样的；前后发生的两个事件之间的时间，无论在那个惯性系中测量都是一样的。,牛顿力学的回答：,16,绝对时空观,问题

6、1： 对于不同的参考系，空间和时间的测量结果是一样的吗？,绝对时空观表明：时间和空间是彼此独立，互不相关。并且独立于物质和运动之外的，不受物质和运动的影响。,“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。” （牛顿）“绝对的、真正的和数学上的时间自己流逝着，并由于它的本性而均匀地与任何外界对象无关地流逝着。” （牛顿）,17,伽利略相对性原理,问题2： 对于不同的参考系，基本力学定律的形式是完全一样的吗？,两个基本问题,例,甲研究小球运动运用牛顿第二定律为,乙研究小球运动运用牛顿第二定律其形式是否仍然是,18,伽利略相对性原理,问题2： 对于不同的参考系，基本力学定律的

7、形式是完全一样的吗？,对于任何惯性系，牛顿定律都成立，即其形式都是一样的！伽利略相对性原理（牛顿相对性原理、力学相对性原理）,伽利略在宣扬哥白尼日心说时，为了解释地球表观上的静止，用大船作比喻： 无法判断大船是否在运动。伽利略相对性原理：在一个惯性系内部的任何力学实验无法判定这一个惯性系本身在静止状态，还是在作匀速直线运动。一切彼此作匀速直线运动的惯性系，对于描写机械运动的规律来说是完全等价的。判断某一惯性系的绝对静止是没有意义的。,牛顿力学的回答：,19,绝对时空观、伽利略相对性原理,绝对时空观和力学相对性原理有着紧密联系，根据绝对时空观来推导力学相对性原理的数学表示。,力学定律具有伽利略变换不变性。伽利略变换是力学相对性原理的数学表示。,绝对时空观 = 相对性原理,对于任何惯性系，牛顿定律都成立，即其形式都是一样的！在一个惯性系的内部所作的任何力学实验都不能确定这一惯性系本身是静止状态，还是在作匀速直线运动。伽利略相对性原理（牛顿相对性原理、力学相对性原理）,