相对论动力学基础.ppt

第三讲狭义相对论动力学基础 3 1牛顿力学的局限3 2相对论基本方程3 3质能关系3 4能量与动量的关系 1 牛顿定律与光速极限的矛盾 物体在恒力作用下的运动 经典力学中物体的质量与运动无关 3 1牛顿力学的局限 2 考夫曼实验 1901 按经典力学p m0v不随速成率变化 实验结果表明 对高能粒子而言 p m0v随粒子运动速率接近光速成而迅速增大 质量m随运动速率增大而增大 经典的质量和动量定义在高速运动的情况下必须修正 3 2相对论基本方程 1 改造经典力学的两条原则 2 对应原理的要求 新理论应该包容那些在一定范围内已被证明是正确的旧理论 并在极限条件下回到旧理论 思路 重新定义质量 动量 能量 使相应的守恒定律在相对论力学中仍然成立 2 质量概念的修正 设在相对论中 质量与时间 长度一样 与惯性系的选择有关 静系中 动系中 得质速关系 满足对应原理要求 1 0 练习 如果物体以小于一百多km s速率运动 其质量在10 6的精度内不变 3 相对论力学的基本方程 讨论 1 力既可以改变物体的速度 也可改变物体的质量 2 力与加速度的方向一般不会相同 满足对应原理 回到牛顿第二定律 3 3 质能关系 将质速关系按幂级数展开 得 两边同乘以得 就一个粒子来说 如果由于自身内部的过程使它的能量减少了 它静质量也将相应地减少 用那些所含能量是高度可变的物体 比如镭盐 来验证这个理论 不是不可能成功的 爱因斯坦 相对论质能关系曲线与经典关系的比较 实验验证 核嬗变 由参加反应各原子质量 反应前后能量损失计算出的光速与实验值相符 正负电子对湮灭 由质能关系计算出的辐射波长与实验值相符 质能关系的意义 1 质量概念进一步深化相对论总能E包含了物体的全部能量 机械能 电磁能 原子能等 解决了经典物理未能解决的物体总能问题 质量是约束能量的形式 是能量的载体 质量 能量不可分割 没有脱离质量的能量 也没有无能量的质量 无论物质如何运动 二者只由常数c2相联系 2 质能关系统一了质量守恒定律和能量守恒定律 3 质能关系是人类打开核能宝库的钥匙 裂变 重核分裂为中等质量的核聚变 轻核聚合为中等质量的核质量亏损 释放结合能应用 原子弹 氢弹 核电站 3 4 能量与动量的关系 1 相对论动量 于是 得 小结 相对论动力学的三个主要关系 讨论与练习 1 用相对论讨论光子的基本属性 1 光子的能量 一切以光速运动的微观粒子 其静止质量必为零 光子的质量 太阳产生光压 问题 合成粒子的静止质量是吗 2 一个静质量为的粒子 以的速率运动 并与静质量为的静止粒子发生对心碰撞以后粘在一起 求合成粒子的静止质量 再代入 1 式得 可得 3 在什么速度下 粒子的动量等于其非相对论动量的两倍 又在什么速度下 粒子的动能等于其非相对论动能的两倍 2 由题意 可得 对不对 不对 2 由题意 4 已知 一个电子的静能为 经同步加速器加速后 能量增量为 求 该电子质量与其静质量之比 观察者甲以0 8c速率相对于观察者乙运动 甲携带长L 截面积S 质量为m的棒 棒沿运动方向安放 求乙和甲