相对论动力学-动量和能量new.ppt

一 质量与速度的关系二 相对论力学的基本方程三 相对论动能四 质量与能量五 动量 总能与静能的关系 课本 6 5作业 练习8 高速运动时动力学概念如何 基本出发点 1 力学定律在洛仑兹变换下形式不变 2 低速时转化成相应的经典力学形式 引言 狭义相对论动力学 牛顿定律与光速极限的矛盾 物体在恒力作用下的运动 矛盾 经典力学中物体的质量与运动无关 但v的上限是c 要求 m随速率增大而增大 矛盾 质速关系式 实验证明 m0 物体的静止质量 m 相对于观察者以速度u运动时的质量 相对论质量 1 2 3 4 0 2 0 4 1 0 0 0 6 0 8 质速关系式 实验证明 1 相对论质量 静质量 物体相对于惯性系静止时的质量 在不同惯性系中大小不同 当时 2 相对论动量 当时 一质量与速度的关系 恒力作用下 不会有恒定的加速度 相对论动量守恒定律 当时 急剧增加 所以光速C为物体的极限速度 当时 二 相对论力学的基本方程 三 相对论动能相对论中 动能定理仍然成立 设计质点从静止 通过力作功 使动能增加 动能 1 合理否 与低速时公式如何衔接 讨论 当时 2 与经典动能形式完全不同例题 若电子速度为0 8c 求动能 解一 解二 解三 首先计算粒子质量 再根据动能公式 有 相对论动能 相对论质能关系 四 质量与能量 静能 物体静止时所具有的能量 除动能以外的能量 总能 物体所具有的总能量 质能关系预言 物质的质量就是能量的一种储藏 电子的静质量 电子的静能 质子的静能 1千克的物体所包含的静能 1千克汽油的燃烧值为焦耳 静能 物体静止时所具有的能量 质子的静质量 质能关系预言 物质的质量就是能量的一种储藏 相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律 例两全同粒子以相同的速率相向运动 碰后复合求 复合粒子的速度和质量 解 设复合粒子质量为M速度为碰撞过程 动量守恒 由能量守恒 损失的能量 动能 转换成静能 相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律 例 现有100座楼 每楼200套房 每套房用电功率10000W 总功率 每天用电10小时 年耗电量 可用约33年 质能关系预言 物质的质量就是能量的一种储藏 相对论质能关系 物质具有质量 必然同时具有相应的能量 如果质量发生变化 则能量也伴随发生相应的变化 反之 如果物体的能量发生变化 那么它的质量一定会发生相应的变化 反应质量亏损 释放能量 1kg核燃料释放能量 锂原子的核反应 两粒子所具有的总动能 两粒子质量比静质量增加 惯性质量的增加和能量的增加相联系 质量的大小应标志着能量的大小 这是相对论的又一极其重要的推论 相对论的质能关系为开创原子能时代提供了理论基础 这是一个具有划时代的意义的理论公式 质能公式在原子核裂变和聚变中的应用 质量亏损 原子质量单位 放出的能量 1g铀 235的原子裂变所释放的能量 1核裂变 我国于1958年建成的首座重水反应堆 2轻核聚变 释放能量 质量亏损 轻核聚变条件温度要达到时 使具有的动能 足以克服两之间的库仑排斥力 重要的实际应用 例太阳由于热核反应而辐射能量 质量亏损 日 地 五动量 总能与静能的关系 极端相对论近似 光子 又 例1设一质子以速度运动 求其总能量 动能和动量 解质子的静能 也可如此计算 质量 动量 基本方程 静能 动能 总能 质能关系 动量与能量的关系 例 有一加速器将质子加速到76Gev动能 求 1 加速后质子的质量 2 加速后质子的速率 解 1 设Ek为质子的动能 质子加速后的总能E 2 由 得 解 设A为粒子由静止加速到时需做的功 同理 后者为 例 把一个静止质量为m0的粒子由静止加速到速率为0 1C所需的功是多少 由速率0 89C加速到速率为0 99C所需的功是多少 例 已知质子 中子的质量分别为Mp 1 00782 Mn 1 00866 原子质量单位 两个质子和两个中子组成一个氦核实验测出它的质量为MHe 4 00150 原子质量单位 试计算形成一个氦核时放出的能量 1原子质量单位 1 66 10 27kg 解 两个质子和两个中子组成一个氦核前的总质量为 根据实验有 根据质能关系 原子质量单位 形成一个氦核所放出的能量 称为原子核的结合能 附 形成1mol氦核 即4 002克 时所放出的能量 差不多等