一共有12本書,但不必全學。
因為只有兩本是必修,其他的10本都是選修,選修的教材具體學多少,由學校、對應省市高考的考綱決定。
但如果要參加物理競賽,這12本書肯定都是要學的。
ps:教材目錄
人教版新課標高中物理1(必修)
人教版新課標高中物理2(必修)
人教版新課標高中物理1-1(選修)
人教版新課標高中物理1-2(選修)
人教版新課標高中物理2-1(選修)
人教版新課標高中物理2-2(選修)
人教版新課標高中物理2-3(選修)
人教版新課標高中物理3-1(選修)
人教版新課標高中物理3-2(選修)
人教版新課標高中物理3-3(選修)
人教版新課標高中物理3-4(選修)
人教版新課標高中物理3-5(選修)
狹義相對論(Special Relativity)是主要由愛因斯坦創立的時空理論,是對牛頓時空觀的改造。
伽利略變換與電磁學理論的不自洽
到19世紀末,以麥克斯韋方程組為核心的經典電磁理論的正確性已被大量實驗所證實,但麥克斯韋方程組在經典力學的伽利略變換下不具有協變性。而經典力學中的相對性原理則要求一切物理規律在伽利略變換下都具有協變性。
歷史背景及重要實驗基礎
[編輯本段]
19世紀末期物理學家湯姆遜在一次國際會議上講到“物理學大廈已經建成,以后的工作僅僅是內部的裝修和粉刷”。但是,他話鋒一轉又說:“大廈上空還漂浮著兩朵‘烏云’,麥克爾遜-莫雷試驗結果和黑體輻射的紫外災難。”正是為了解決上述兩問題,物理學發生了一場深刻的革命導致了相對論和量子力學的誕生。
早在電動力學麥克斯韋方程建立之日,人們就發現它沒有涉及參照系問題。人們利用經典力學的時空理論討論電動學方程,發現在伽利略變換下麥克斯韋方程及其導出的方程(如亥姆霍茲,達朗貝爾等方程)在不同慣性系下形式不同,這一現象應當怎樣解釋?經過幾十年的探索,在1905年終于由愛因斯坦創建了狹義相對論。
相對論是一個時空理論,要理解狹義相對論時空理論先要了解經典時空理論的內容。
“以太”概念及絕對參照系
在麥氏預言電磁波之后,多數科學家就認為電磁波傳播需要媒質(介質)。這種介質稱為“以太”(經典以太)。“以太”應具有以下基本屬性:
(1)充滿宇宙,透明而密度很小(電磁彌散空間,無孔不入);
(2)具有高彈性。能在平橫位置作振動,特別是電磁波一般為橫波,以太應是一種固體( G是切變模量 ρ是介質密度);
(3)以太只在牛頓絕對時空中靜止不動,即在特殊參照系中靜止。
在以太中靜止的物體為絕對靜止,相對以太運動的物體為絕對運動。引入“以太”后人們認為麥氏方程只對與“以太”固連的絕對參照系成立,那么可以通過實驗來確定一個慣性系相對以太的絕對速度。一般認為地球不是絕對參照系。可以假定以太與太陽固連,這樣應當在地球上做實驗來確定地球本身相對以太的絕對速度,即地球相對太陽的速度。為此,人們設計了許多精確的實驗(包括愛因斯坦也曾設計過這方面的實驗),其中最著名、最有意義的實驗是麥克爾遜——莫雷實驗(1887年)。
洛侖茲坐標變換
X=γ(x-ut)
Y=y
Z=z
T=γ(t-ux/c^2)
(注:γ=1/sqr(1-u^2/c^2),β=u/c,u為慣性系速度。)
相對論力學
(一)速度變換:
V(x)=(v(x)-u)/(1-v(x)u/c^2)
V(y)=v(y)/(γ(1-v(x)u/c^2))
V(z)=v(z)/(γ(1-v(x)u/c^2))
(二)尺縮效應:△L=△l/γ或dL=dl/γ
(三)鐘慢效應:△t=γ△τ或dt=dτ/γ
(四)光的多普勒效應:ν(a)=sqr((1-β)/(1+β))ν(b)
(光源與探測器在一條直線上運動。)
(五)動量表達式:P=Mv=γmv,即M=γm.
(六)相對論力學基本方程:F=dP/dt
(七)質能方程:E=Mc^2
(八)能量動量關系:E^2=(E0)^2+P^2c^2
狹義相對論基本原理
物質在相互作用中作永恒的運動,沒有不運動的物質,也沒有無物質的運動,由于物質是在相互聯系,相互作用中運動的,因此,必須在物質的相互關系中描述運動,而不可能孤立的描述運動。也就是說,運動必須有一個參考物,這個參考物就是參考系。
伽利略曾經指出,運動的船與靜止的船上的運動不可區分,也就是說,當你在封閉的船艙里,與外界完全隔絕,那么即使你擁有最發達的頭腦,最先進的儀器,也無從感知你的船是勻速運動,還是靜止。更無從感知速度的大小,因為沒有參考。比如,我們不知道我們整個宇宙的整體運動狀態,因為宇宙是封閉的。愛因斯坦將其引用,作為狹義相對論的第一個基本原理:狹義相對性原理。其內容是:慣性系之間完全等價,不可區分。
著名的麥克爾遜--莫雷實驗徹底否定了光的以太學說,得出了光與參考系無關的結論。也就是說,無論你站在地上,還是站在飛奔的火車上,測得的光速都是一樣的。這就是狹義相對論的第二個基本原理,光速不變原理。
由這兩條基本原理可以直接推導出相對論的坐標變換式,速度變換式等所有的狹義相對論內容。比如速度變幻,與傳統的法則相矛盾,但實踐證明是正確的,比如一輛火車速度是10m/s,一個人在車上相對車的速度也是10m/s,地面上的人看到車上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右。在通常情況下,這種相對論效應完全可以忽略,但在接近光速時,這種效應明顯增大,比如,火車速度是0。99倍光速,人的速度也是0。99倍光速,那么地面觀測者的結論不是1。98倍光速,而是0。999949倍光速。車上的人看到后面的射來的光也沒有變慢,對他來說也是光速。因此,從這個意義上說,光速是不可超越的,因為無論在那個參考系,光速都是不變的。速度變換已經被粒子物理學的無數實驗證明,是無可挑剔的。正因為光的這一獨特性質,因此被選為四維時空的唯一標尺。