xiayi 相对论-3.ppt

1、145相对论性动量和能量,一、相对论中的质量,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：物体的质量与运动无关,按牛顿定律粒子速度可以超过光速,依经典理论电子速达到,实测值,欧洲核子物理研究中心(CERN) 的粒子加速器(大型强子对撞机(LHC)，它位于法国和瑞士交界处,在地下100米深的一条周长27公里的环形隧道里，走完全程要花4个多小时。,1、规律遵从洛伦兹变换下的不变性 2、v c,还原为经典物理形式,前提:狭义相对论中的物理量,质速公式,（静质量）：物体相对某惯性系静止时的质量； m：物体相对于参照系以速率v的运动时的质量,（1） 在不同惯性系中大小不同 .,质量具有相

2、对性,反映了物质与运动的不可分割性.,（2）v c时,m(v ) = m0 牛顿力学 v c 时,m 在F作用下,a 0 c 是极限速度,二、相对论动量和动力学基本方程,1 相对论动量：,当 时,2 动力学基本方程,动量定理（与经典形式相同）,经典力学,相对论力学,力的作用,改变速度的 大小、方向,改变速度、改变 质量,F长时间 作用,力的方向,决定于,决定于,的合矢量方向,相对论动量守恒定律,三、相对论中的能量与质量的关系,1、相对论动能,设,利用,积分得,相对论动能,1）当vc时:,讨论,则：,（牛顿力学的动能公式）,2）根据,粒子速率由动能表示的关系：,说明将一个静质量不等于零的粒子加速

3、到光速须作 无穷大的功(不可能）,用 计算粒子动能是错误的,有一粒子静止质量为m0，现以速度v=0.8c运动，计算它的动能：,根据动能公式,2、相对论能量 质能关系,静止能量,动能,总能量,定义：,质能关系式:,总能:动能和静能之和,1）意义：建立质量和能量两种物质属性在数量上的关系:一定的质量相应于一定的能量，二者不可分割,能量和质量守恒是一个统一的物理规律,2）质能守恒定律,在一个孤立系统内能量守恒：,爱因斯坦：“物质的惯性是它所含能量的量度。”（1905）,3）静能的含义（任何宏观静止的物体具有能量）,物体的总内能:分子间相互作用势能 分子运动动能 原子间结合在一起的化学能 原子核与电子

4、结合在一起的电磁能 原子核内基本粒子间的结合能,物体在静止状态，静能不为零,静止物体所含巨大能量不引人注意,是因为没有能量向外流出.,4）质量的变化和能量的变化相联系,当物体的质量增加或减少时，必然伴随着能量增加（吸收能量）或减少（释放能量）。,注意：质量和能量之间绝不可能相互转换,应用：原子弹、氢弹、核电站 ,能量守恒：,因此：,核反应中释放的能量（原子能）相应于一定的质量亏损,放射性蜕变、原子核反应已证明了相对论的质能关系,质能关系式实验验证的第一例（1932）,实验测得：释放能量,由质能关系式可知两个氦核的质量比静止质量增加,例1、在S参照系中有两个静止质量均为m0的粒子A、B 。分别以

5、速度 相向运动，相撞后合在一起成为一个静止质量为M 0的粒子。求M 0,即：,可见,如何解释？,据能量守恒：,例2、在一种热核反应,中,求这一热核反应释放的能量是多少？,各种粒子的静止质量为：,氘核：m1=3.343710-27kg,氚核：m2=5.004910-27kg,氦核：m3=6.642510-27kg,中子：m4=1.675010-27kg,解：质量亏损：,相应释放的能量：,1kg这种核燃料所释放的能量：,相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的1千多万倍！,大亞灣核電站（深圳東部大亞灣畔）。1985年興建，1994年正式投入商業運行。是我國建設的第一座大型商用核電站，,田湾核电站:目前

6、中国单机容量最大的核电站。 (中俄合作项目),四、相对论的能量动量关系,经典力学中动量和动能关系,相对论的动量与能量关系？动量与动能关系？,相对论的动量能量关系式,相对论的动量与能量关系式,1）E、Pc、m0c2三角形的表示,2)相对论的动量与动能关系式,牛顿力学,b) 极端相对论近似,由动量能量关系,2）光子的性质：,反映了光的波动性、粒子性,凡质量都有要受到引力的作用，光子具有质量，同样受到引力的作用，天文观察证明了这一点。如图从星星A发出的星光本应沿直线传播，但受太阳的引力作用而发生偏转。,曰,证: (1) 垂直方向动量守恒,(2)水平方向动量守恒,能量守恒,例 . 一个中性介子相对于观

7、察者以速度v = kc 运动,以后衰变为两个光子,两光子的运动轨迹与介子原来的方向成相等的角度 .试证明: (1) 两光子有相等的能量.(2) cos = k.,可得：,1、迈克尔逊实验的目的与结果,一、狭义相对论的基本原理,狭义相对论小结,二、狭义相对论 的时空观,三、狭义相对论的动力学基础,例）远方的一颗星以0.8C的速度离地球而去，我 们接收到它辐射的闪光按五昼夜的周期变化，则 固定在此星上的参照系测得的闪光周期是几昼夜。,t1,t2,解：设地球为K系，星星为K系,闪光从原点发出,本征时间,接收周期,K系测得的周期,t1,t2,接收周期,K系测得的周期,（接收周期延长了，或者说频率 变低了-“红移”）,由此可知，当星星