最新淺析高速轉(zhuǎn)動物體的相對論效應(yīng)畢業(yè)論文名師資料匯編

1、淺析高速轉(zhuǎn)動物體的相對論效應(yīng)目 錄一、說明二、隴東學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）工作管理規(guī)定1 .畢業(yè)論文（設(shè)計）目的和要求2 .畢業(yè)論文（設(shè)計）的組織和工作程序3 .畢業(yè)論文（設(shè)計）的時間安排4 .畢業(yè)論文（設(shè)計）的選題原則和要求5 .開題報告6 .畢業(yè)論文（設(shè)計）7 .畢業(yè)論文（設(shè)計）的評閱8 .畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯9 .畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定10 .畢業(yè)論文（設(shè)計）總結(jié)、評優(yōu)11 .其它三、隴東學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯工作規(guī)程1 .畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯的目的2 .畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯的組織機(jī)構(gòu)3 .工作職責(zé)4 .畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯的程序5 .畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯成績評定的等級標(biāo)準(zhǔn)6

2、 .其它要求及規(guī)定四、隴東學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）撰寫格式本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告姓名系別電氣工程學(xué)院專業(yè)物理學(xué)班級08級(2)班學(xué)號論文（設(shè)計）題目淺析高速轉(zhuǎn)動物體的相對論效應(yīng)題目來源導(dǎo)師指導(dǎo)選題本課題研究的現(xiàn)狀、意義、擬研究的主要問題、重點(diǎn)和難點(diǎn)、研究方法和步驟、預(yù)期 效果：在經(jīng)典力學(xué)中，研究宏觀物體是從理想化的模型質(zhì)點(diǎn)和剛體出發(fā)，分析討論了低 速運(yùn)動物體的運(yùn)動規(guī)律，但實際物體往往是高速運(yùn)動的，高速運(yùn)動的物體從在相對論 效應(yīng)，特別是高速轉(zhuǎn)動物體一般也存在相對論效應(yīng)，因此，對高速轉(zhuǎn)動物體相對論效 應(yīng)的研究是很有必要的。本文運(yùn)用洛倫茲變換和剛體定軸轉(zhuǎn)動的基本理論，研究了定 軸轉(zhuǎn)動物體的

3、相對論效應(yīng)，得出高速轉(zhuǎn)動物體定軸轉(zhuǎn)動的運(yùn)動學(xué)規(guī)律，并對其結(jié)論進(jìn) 行了討論。論文（設(shè)計）主要內(nèi)容（提綱）：本文在學(xué)習(xí)物理知識及查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，首先，對洛侖茲變換基本理論及剛體 轉(zhuǎn)動基本理論加以論述；其次，運(yùn)用洛侖茲變換及剛體轉(zhuǎn)動兩大基本理論研究高速轉(zhuǎn) 動物體；最后，得出運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)規(guī)律，并對結(jié)果進(jìn)行討論。準(zhǔn)備情況和進(jìn)度安排：1、2011年11月7日至2011年11月21日：論文選題階段2、2011年11月21日至2011年12月5日：論文開題階段3、2011年12月5日至2011年12月19日：論文寫作階段4、2012年3月5日至2012年3月19日：論文審查與修改階段5、2012年3月19

4、日至2012年4月9日：論文評閱、答辯階段指導(dǎo)教師意見：同意開題簽字：2011年12月03日分管主任意見簽字：同息導(dǎo)師思見（辦公室蠱草）2011年12月03日本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書姓名系別電氣工程學(xué)院專業(yè)物理學(xué)指導(dǎo)教師論文（設(shè)計）題目淺析高速轉(zhuǎn)動物體的相對論效應(yīng)具體要求：在參閱文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基本知識，分析高速轉(zhuǎn)動物體的相對論效應(yīng)，并對高速轉(zhuǎn)動物體的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)。進(jìn)度安排：1、2011年11月7日至2011年11月21日：論文選題階段2、2011年11月21日至2011年12月5日：論文開題階段3、2011年12月5日至2011年12月19日：論文寫作階段4、20

5、12年3月5日至2012年3月19日：論文審查與修改階段5、2012年3月19日至2012年4月9日：論文評閱、答辯階段指導(dǎo)教師簽字：2011年12月03日教學(xué)院系意見：同意導(dǎo)師意見分管教學(xué)主任簽字：（辦公室蓋章）2011年12月03日淺析高速轉(zhuǎn)動物體的相對論效應(yīng)摘要：本文運(yùn)用洛倫茲變換和剛體定軸轉(zhuǎn)動的基本理論，研究了定軸轉(zhuǎn)動物體的相對論效應(yīng)，得出高速轉(zhuǎn)動物體定軸轉(zhuǎn)動的運(yùn)動學(xué)規(guī)律，并對其結(jié)論進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：高速轉(zhuǎn)動；相對論；洛倫茲變換；剛體轉(zhuǎn)動Analysis of the high speed rotating objestrelativistic effectAbstract ： In

6、 the paper, according to Lorenz transform and the basic theory of fixed axis rotation, it researched the relativistic effects of the fixed axis rotation of objects, and derived rule of the high speed rotating object rotational kinematics, finally discussed the conclusions.Key words:High speed rotati

7、on; Relativity; Lorenz transform; Rotation of rigid body。引言在經(jīng)典力學(xué)中，研究宏觀物體是從理想化的模型質(zhì)點(diǎn)和剛體出發(fā)，分析討論了低速運(yùn)動物體的運(yùn)動規(guī)律。從質(zhì)點(diǎn)出發(fā)得出低速物體平動的運(yùn)動規(guī)律；從剛體出發(fā)得出低速物體轉(zhuǎn)動的規(guī)律。然而，實際物體往往是高速運(yùn)動的，高速運(yùn)動的物體從在相對論效應(yīng)，對于平動相對論效應(yīng)愛因斯坦已有相對完善的理論，但對于轉(zhuǎn)動相對論效應(yīng)雖有研究，還沒有形成相對完善的理論，因此對高速轉(zhuǎn)動物體相對論效應(yīng)的研究是很有必要的，其對系統(tǒng)學(xué)習(xí)力學(xué)有很大幫助。本文運(yùn)用洛倫茲變換和剛體定軸轉(zhuǎn)動的理論，研究作高速勻速直線運(yùn)動及繞圓心作定軸轉(zhuǎn)

8、動圓盤的相對論效應(yīng)，得出高速運(yùn)動物體定軸轉(zhuǎn)動的運(yùn)動學(xué)規(guī)律，并對其結(jié)果進(jìn)行分析討論。1兩大基本理論1 .1洛倫茲變換1.1.1 狹義相對論的基本原理相對性原理：在任何慣性系中，物理學(xué)定律是相同的。光速不變原理：在任何慣性系中，真空中的光速相等。1.1.2 洛倫茲變換 如圖1所小，s系相對于s系以速度u沿x軸和x軸的共同方向運(yùn)動，t=t =0時，原 點(diǎn)o、o重合。有了 s、s系，它們相應(yīng)的坐標(biāo)軸互相平行，且 x軸和x軸重合，設(shè)s系沿x軸方向以恒、 、 一 , 一- -、一 事件在慣性參定速度u相對s系運(yùn)動，并且在坐標(biāo)原點(diǎn) o與o重合時刻，t = t =0 ,記某考系s、s中的時仝坐標(biāo)分別為（x、y

9、、z、t）和（x、y、z、6（1）時空坐標(biāo)關(guān)系為(2)(1)速度變換關(guān)系為vxVx -uuvxvy . 12 cvxvx U 1 _uv 12cvyuvx-2 cvz(2)1.1.3 相對性的時空觀時空之間，時空與物質(zhì)運(yùn)動之間相互聯(lián)系，時空測量都與參考系相關(guān)。（1）同時性的相對性若兩個事件在某一慣性系中為同時異地事件，則在其他慣性系中必定不是同時發(fā)生的,有在一個慣性系中同時同地發(fā)生的事件，在其他慣性系必同時同地發(fā)生。t2 41. u2-x2 x1：.c(3)（2）時間膨脹對發(fā)生事件地點(diǎn)作相對運(yùn)動的慣性系中測得的時間間隔.（運(yùn)動時間）比相對靜止的慣性(4)系測得的時間間隔0 （固有時間）長為固有

10、時間）.（3）長度收縮在相對物體運(yùn)動的慣性系中測得物體的長度l （運(yùn)動長度）比相對于物體靜止的慣性系測 得的長度lo（固有長度）短，即運(yùn)動著的物體在運(yùn)動方向上的長度縮短lo為固有長度.l = l(5)1.2剛體運(yùn)動1.2.1 剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的運(yùn)動學(xué)描述(6)角坐標(biāo)確定剛體的位置= u t .角速度6描述剛體的快慢程度和方向B =dt角加速度B描述角速度變化的快慢程度和方向d2udt dt(8)線量和角量的關(guān)系勻速定軸轉(zhuǎn)動勻變速定軸轉(zhuǎn)動0 =切0 +at二-% 0t 1at2 .2= o+2a %(9)(10)(11)1.2.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量一剛體轉(zhuǎn)動慣性的量度轉(zhuǎn)動慣量J = Ami：

11、或=Jr2dm .(12)剛體轉(zhuǎn)動慣量不僅與剛體的總質(zhì)量、剛體質(zhì)量相對轉(zhuǎn)軸的分布有關(guān)，還與轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。平行軸定理，若Jc與J的轉(zhuǎn)動軸相距為d則2J 二 Jc md .(13)1.2.3 剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動定律一繞定軸轉(zhuǎn)動剛體的基本規(guī)律剛體所受的外力對轉(zhuǎn)軸的力矩之和等于剛體對該軸的轉(zhuǎn)動慣量與剛體的角加速度的乘積，即d M = Ja = J 而-,(14)式中，M是對某定軸的和外力矩。在定軸轉(zhuǎn)動的情況下是代數(shù)量，其方向可用土表示。J、6、a也均對該定軸而言。1.2.4 剛體定軸轉(zhuǎn)動動能，剛體轉(zhuǎn)動時，個質(zhì)點(diǎn)動能的總和就是剛體的轉(zhuǎn)動動能1 2，一Ek = Jco .(15)2力矩的功，作用在剛體

12、上的合外力矩所做的功A=MdH .(16)剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的動能定理，合外力矩做的功等于剛體轉(zhuǎn)動動能的增量1.1.Md 9 =一 Jco22 J。； .(17)122剛體的重力勢能，決定于剛體重心距勢能零點(diǎn)的高度Ep-mgl%.(18)機(jī)械能守恒定律，系統(tǒng)(包括剛體)只有保守力做功時，系統(tǒng)的動能(包括轉(zhuǎn)動動能)與勢能之和為常數(shù)，即當(dāng)Ae + Ad = 0時E =Ek +Ep =常量.(19)1.2.5剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的角動量剛體的角動量，剛體繞定軸轉(zhuǎn)動時，各質(zhì)點(diǎn)對軸的角動量總和就是剛體的角動量，即L = J；.-.剛體的角動量定理，對一固定軸的合外力矩等于剛體對該軸的角動量對時間的變化率，即(20

13、)(21)dl _ d J dt 一 dt角動量守恒定律系統(tǒng)（包括剛體）對某定軸的角動量對時間的變化率，即當(dāng)M=0時Jg =常量 .剛體進(jìn)動的角速度公式，外力矩為M自轉(zhuǎn)角動量為L,則進(jìn)動角速度為M11 = .（22）2高速轉(zhuǎn)動的物體下面來研究一個參考系相對于令一個參考系不但作高速勻角速轉(zhuǎn)動而且作高速勻速平動時所產(chǎn)生的相對論效應(yīng)。若把動坐標(biāo)想成一個均勻圓盤，則；盤心相對于靜止坐標(biāo)系作以速度v的平動且同時圓盤繞自己的中心作以速度的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，物理模型如圖2所示。2.1 高速轉(zhuǎn)動相對論效應(yīng)洛倫茲變換解決了相對作平動的兩個參考系之間的坐標(biāo)及物理量的變換問題。有經(jīng)典力學(xué)可知，平動和轉(zhuǎn)動是物體宏觀運(yùn)動的

14、兩種基本運(yùn)動形式，因此轉(zhuǎn)動也有類似洛倫茲變換的那樣的簡單變換關(guān)系，M.Carmeli對兩大基本理論（洛倫茲變換和剛體轉(zhuǎn)動）及上述問題做了深入的研究，給出這種類似的變換， 采用通俗的表述方法，這種變換可表示如下ds = r ds - r ： ：-: dtI(23):二DZ =Zdt = M dt -ds c上式（23）參閱文獻(xiàn)3。這種變換被稱為“洛倫茲變換”。這種變換被稱為“旋轉(zhuǎn)洛侖茲變換。嚴(yán)格來講 若s系的觀角速度是 3 , s系的觀測者測量的角速度不再是3，應(yīng)當(dāng)有個小量的修正但為了討論簡單起忽略這一差別，對于非高速自轉(zhuǎn)的天體是適用的。這樣，借助洛侖茲變換和旋轉(zhuǎn)洛侖茲變換就簡便地討論本文的問題

15、。2.1.1 速度的合成設(shè)點(diǎn)P（圓盤上一點(diǎn)）在s中的位矢為r ,速度為u在s系中P點(diǎn)的速度為u，由洛侖茲變換可得速度變換公式(c = 1)UxvUx -VUxUyu y =,1- v 、 c / vux1 - 2-c(24)在s系中質(zhì)點(diǎn)P的速度u可以表示為：Ux-r sin 1uy = r cosi ,(25)取兩參照系的初始時間t0 =t0 =0,利用動參照系和靜止參照系中時間間隔的關(guān)系應(yīng)有YW，(26)所以點(diǎn)P在s系中的速度分量可以表示為Ux-r sin ? v., rvsini1 -2cuyro cos011 一位 1, c(27 ),r vsin寫成矢量形式為.-r sin 二 v J

16、-i, r vsin 11 2-crg cos J fv cr vsin 1(28)(28)式即兩坐標(biāo)系的速度變換公式。2.1.2 運(yùn)動時鐘“變慢”和多普勒效應(yīng)(1)運(yùn)動時鐘的“變慢”設(shè)某光源位于圓盤上的P點(diǎn),若光源以自己的原時間間隔dt先后發(fā)出兩個光信號，由旋轉(zhuǎn)洛倫茲變換可知s中的觀測者測得的時間間隔為(29), dt dt則s系中測得的時間間隔為了，比狹義相對論中的時間間隔公式多出了一個因子假設(shè)在P點(diǎn)處有一光源，以時間間隔dt先后向(31)(2)多普勒效應(yīng)。點(diǎn)發(fā)出兩個光信號，若圓盤離靜止坐標(biāo)系其中“為t時刻光源的位矢與 X軸之間的夾角,R表示光源對靜坐標(biāo)系原點(diǎn)O的位矢，第一項是由光信號傳播

17、需要的時間，第二項是因為(31)式造成的。由洛侖茲變換可知r sin id? vdt(32)dy = r cos - d -dz = dz, vr sin f d ?dt 2所以因此d R = dx i. , . 2Lfsindi vdt1-v21甲+ (r cos dt )(33)r cos 二12(34)當(dāng)r = 0時，圓盤退化成一點(diǎn)，有(35)(35)式即狹義相對論中的多普勒效應(yīng)2.1.3 “尺縮”效應(yīng)5,結(jié)果和經(jīng)典教材中的結(jié)果一致。6,這可以用旋轉(zhuǎn)洛淪在動坐標(biāo)系s中靜止的觀測者看來，旋轉(zhuǎn)面應(yīng)為“愛因斯坦轉(zhuǎn)盤” 茲設(shè)P點(diǎn)所在圓周的有向線元為 dl,則(36)J-r sin d d J r

18、 cos【d 1 (37)所以在s系中靜止的觀測者測得仍為一圓，但周長為(38)(39)面積為(40)(41)(42)(43)當(dāng)盤邊緣速度v j)r ：二c時展開則有2 2/，r1 r4c在靜坐標(biāo)系s中看,該線元矢量隨s系沿x軸方向相對s系運(yùn)動時，平行方向會收縮，即有則s系中測得的閉合曲線周長為V4 Elliptic E.-(44)其中曰lipticE函數(shù)為第二類完全或不完全橢圓積分，其定義為：EllipticE x =1Wko . 1 - k2(45)由此可見，靜止系中觀測的結(jié)果為一橢圓。3結(jié)論對于上面的結(jié)論說明在高速運(yùn)動中的物體不在是剛體，也就是高速轉(zhuǎn)動的物體不能再用剛體轉(zhuǎn)動的理論來研究，高速運(yùn)動的物體有待于進(jìn)一步研究。若不是高速轉(zhuǎn)動的，則就沒有相對論效應(yīng)，其回歸與剛體轉(zhuǎn)動，完全符合剛體轉(zhuǎn)動理論。參考文獻(xiàn)：1宮衍香.相對等速旋轉(zhuǎn)參考系中的相對論效應(yīng)J.泰山學(xué)院學(xué)報，2004,26(6)