283-相对论专题教学

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1、相对论专题教学（汇报材料II）（一）烟台大学光电信息科学技术学院电磁学课程组相对论的最好证明，是把相对论应用到物理学的各个领域（主要是经典力学、量子力学、量子电动力学和基本粒子理论）所取得的无数成就。原子能的全部学说完全根据相对论所建立的质量和能量的关系式。Landau，Lifshitz从人类历史的漫长远景来看___即使过一万年之后回头来看___毫无疑问，在19世纪中发生的最有意义的事件将判定为Maxwell电磁理论的发现。与这一重大的科学事件相比，同一个十年中发生的美国内战（南北战争，即林肯领导的黑奴解放战争）将会降低为一个

2、地区性的琐事而黯然失色。R．P．Feynman原子结构、分子物理、核能、激光、半导体、超导体、计算机等几乎绝大部分20世纪的科技文明就是从相对论、量子力学而来的。李政道广义相对论是自Newton时代以来与引力理论有关的最重要的成果，是人类思想的最高成就之一。J.J.ThomsonI．基于相对论的电磁学的历史渊源Einstein关于狭义相对论（SR）的第一篇论文是具有划时代意义的历史文献，1905年9月发表于德国《物理学杂志》（AnnalenderPhysik），题目是“论动体的电动力学”。在SR中，Lorentz变换是SR的两

3、条基本原理即相对性原理和真空光速不变原理的直接推论。SR运动学和时空性质，如同时的相对性、尺缩、钟慢、速度变换公式、相对论多普勒效应等又都可由Lorentz变换直接得出。而Lorentz自己，却是为了调和19世纪建立起来的经典电动力学同牛顿力学之间的矛盾，在1904年通过Maxwell方程组的不变性得到了Lorentz变换。历史本身就已展示了相对论与电磁学的不可分割的关联。基于相对论的电磁学教学体系则源自上世纪60年代初以来在美国重点大学进行的基础物理课程改革。课程改革的目标定位为：基础物理学教材要尽可能地反映近百年来物理学的

4、巨大进展，用物理学工作者在各前沿领域所使用的方法介绍物理学，以解决教材内容陈旧滞后，与现代科学技术高速蓬勃发展的要求不相适应的矛盾。加州大学伯克利校区（UniversityofCaliforniaBerkeley）的Berkeley物理学教程就是课程改革的成果之一。五卷教程中（1.力学、2.电磁学、3.波动学4.量子物理学、5.统计物理学）广泛引入了相对论、量子物理学和统计物理学的概念，从新的统一的观点来阐明物理学的基本原理，以适应现代科学技术发展对物理教学提出的要求。基于相对论的电磁学体系的标志《电磁学》（Berkeley物

5、理学教程第二卷）是因发现核磁共振获得1952年Nobel物理学奖的E.M.Purcell教授所著，1965年出版，中文版1979年由科学出版社出版。同一时期，1961年9月至1963年5月，加州理工学院（CaliforniaInstituteofTechnology）请著名物理学家R.P.Feynman（因量子电动力学方面的贡献获得1965年Nobel物理学奖）主讲一、二年级的基础物理课程，他幽默生动、不拘一格的讲课风格深受学生欢迎。Feynman在电磁学课程的讲授中明确指出：“磁性实际上是一种相对论效应”。他的讲课录音整理编

6、辑成《费曼物理学讲义》（第二卷，电磁学）1964年出版，中文版1981年由上海科学技术出版社出版。（R.P.Feynman,B.Leighton,M.Sands.THEFEYNMANLECTURESONPHYSICS（II）.Addisson-WesleyPublishingCompany.）近年来，国内一些重点大学也进行了类似的电磁学教学改革，清华大学张三慧教授编著的“十一五”国家级规划教材《大学物理学（基于相对论的电磁学）》（2008年10月第3版）也秉承E.M.Purcell的基于相对论的电磁学体系：“我们只是对每一步都

7、始终贯彻着相对论（SR）和电荷不变原理的要求。我们可以开始看到磁场的存在和它与电场之间的奇特的对称关系是这些普遍原理的必然结果”（Purcell）。基于相对论的电磁学的教学体系，既充分强调了相对论的电磁学来源，又弥补了对电磁学的相对论背景的讨论相对不足的缺陷。一个世纪以来，国内外的《力学》和《普通物理》或《大学物理》教材中都辟出一章介绍SR，在《电动力学》教材中则专设章节深入讨论SR。因此，从历史渊源和学科发展来看，在物理学领域，对相对论与电磁学的密切关联，从大师到到常人都有着充分的认识。II．校内相对论专题教学的沿革（已历十

8、年）烟台大学光电学院电磁学课程组在教学中强调相对论是电磁学的基础之一并加入电磁场的相对论内容在国内是比较早的。电磁学与相对论作为统一的课程体系申报精品课程，应属全国首例。课程组开展相对论专题教学及实验，作为电磁学的补充，从1999年设为选修课迄今已历十年，这使电磁学和相对论的