14-6狭义相对论的基本结论.ppt

1、14-6 相对论动量和质量 14-7 广义相对论简介,大学物理学电子教案,长江大学教学课件,狭义相对论的基本结论,复 习,物理概念：质量，动量，能量，,重新审视其定义,(1) 应符合爱因斯坦的狭义相对性原理,(2) 应满足对应原理,即经过洛伦兹变换时保持定律形式不变,原 则,牛顿第二运动定律,经典理论：,持续作用,持续增大,出现超光速了,即趋于低速时，物理量须趋于经典理论中相应的量,14-6 相对论动量和质量,一、动量和速度的关系,随速率增大而增大,，这要求,的上限是,即质量随运动速度的增大而增大,1、相对论性质量,静质量,静质量 ：物体相对于惯性系静止时的质量 .,当 时,2、相对论性动量,

2、动量定义,当 时,(1) 质量m和速率 有关(相对于测量m所在的参考系的速度, 不是参考系的相对速度u) 。 质量和参考系的选择有关。,(2) m , 速度越大惯性就越大, 越不易改变原来的运动状态。,(3) c时, m将为虚数,无意义, c是一切物体速度的极限。(与洛仑兹变换所得结论一致),(4)对于光子, 速度为c ,而m又不可能为无限大 , 所以光子的静止质量m0 = 0,(5)如 c ,则m m0回到牛顿力学情况,符合“ 对应原理”。,讨论,二、狭义相对论力学的基本方程,狭义相对 论力学的 基本方程,1、相对论的力学方程,2、动量守恒定律,当 时,三、质量与能量的关系,1、推导,设一质

3、点在变力的作用下，由静止开始沿x轴作一维运动。当质点的速度为v时，它所具有的动能等于外力所作的功,当vc时,又回到了牛顿力学的动能公式,2、经典力学近似,3、能量公式,mc2 质点运动时所具有的总能量 m0c2质点静止时所具有的静能量 即质点的动能是总能量与静能量之差。,质能关系,结论：一定的质量相应于一定的能量，二者的数值只相差一个恒定的因子c2 。,能量守恒,质量守恒,1),任何宏观静止的物体具有的能量内部结构各层次粒子的能量的总和。,静止能包括物体内各部分的相对运动的动能和相互作用势能,热能 分子动能、势能 化学能使原子结合的能量 电磁能使核和电子结合的能量 结合能核子间的结合能 以及各

4、组成部分(电子、中子、质子等)的静止能 1 kg的物体E0 = 91016 J 1 kg的汽油 燃烧值=4.6107 J (是E0的二十亿分之一),内涵:,2) E =mc2 : 统一了历史上分别发现的能量守恒和质量守恒这两条独立的自然规律。相对论性质量可以认为是能量的量度。粒子物理中常使用粒子质量为Mev的说法。,重要意义：E = mc2为开创原子能时代提供了理论基础, 被看作是具有划时代意义的理论公式, 已成为纪念爱因斯坦伟大功绩的标志。相对论为人类开辟了可谓取之不尽的新能源。,质能关系预言：物质的质量就是能量的一种储藏 .,四、质能公式在原子核裂变核聚变中的应用,1、核裂变,有些重原子核

5、能分裂成两个较轻的核，同时释放能量，这个过程称为裂变。,生成物的总静质量比铀-235的质量要减少 0.22u，因此一个铀-235在裂变时释放的能量为(1u=1.6610-27kg),由于氚核的质量比铀-235核的质量小，所以就单位质量而言，轻核聚变释放的能量要比重核裂变时释放的能量大得多。,链式反应,铀核裂变链式反应,氙 锶,我国于 1958 年建成的首座重水反应堆,2、轻核聚变,有些轻原子核结合在一起形成较大原子核，同时释放能量，这个过程称为聚变。,生成物的总静质量比两个氚核的质量要减少 0.026u，因此两个氚核在聚变时释放的能量为,1kg这样的核燃料释放能量约为:3.351014 J 1

6、kg优质煤燃烧热为：2.93107J 两者相差107倍，即1kg核燃料 1千万公斤煤！,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.,五、动量和能量的关系,消去速度v,对于光子,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,例2 已知一个氚核 和一个氘核 可聚变成一氦核 , 并产生一个中子 , 试问这个核聚变中有多少能量被释放出来 .,解 核聚变反应式,氘核和氚核聚变为氦核的过程中，静能量减少了,小结： 1、狭义相对论揭露了空间和时间之间，以及时空和运动物质之间的深刻联系，把牛顿力学中认为互不相关的绝对空间和绝对时间，结合称为一种统一的运动物质的存在形式。 2、与经典力学相比较，狭义相对论更客观、更真实地反映了自然的规律。狭义相对论已经被大量的实验事实所证实，而且成为研究宇宙星体、粒子物理以及一系列工程物理等问题的基础。 3、在宏观、低速物体的运动，牛顿力学仍然是十分精确的理论。 4、狭义相对论仍然需要发展。,14-7 广义相对论简介 一、广义相对论的等效原理 一个物体在均匀引