上海海事大學(xué)物理Chp_05

1、第第5章章 狹義相對論狹義相對論第第5章章 狹義相對論狹義相對論這兩只同步的鐘有快慢之分嗎？這兩只同步的鐘有快慢之分嗎？規(guī)律如何？規(guī)律如何？真能看到嗎？真能看到嗎？與它們的參考系有關(guān)與它們的參考系有關(guān)與它們的相對運動有關(guān)與它們的相對運動有關(guān)這種現(xiàn)象實際存在嗎？這種現(xiàn)象實際存在嗎？.a.第第5章章 狹義相對論狹義相對論愛因斯坦愛因斯坦(Albert Einstein,18791955)現(xiàn)代時空的創(chuàng)始人現(xiàn)代時空的創(chuàng)始人, ,二十世紀的哥白尼二十世紀的哥白尼相對論相對論量子力學(xué)量子力學(xué)近代物理兩大理論支柱近代物理兩大理論支柱 經(jīng)典物理：經(jīng)典物理：伽利略時期伽利略時期 19世紀末世紀末經(jīng)過經(jīng)過300年

2、發(fā)展，達到全盛的年發(fā)展，達到全盛的“黃金時代黃金時代” 以牛頓定律和萬有引力定律為基礎(chǔ)的以牛頓定律和萬有引力定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)以麥克斯韋方程為基礎(chǔ)的電動力學(xué)以麥克斯韋方程為基礎(chǔ)的電動力學(xué)以熱力學(xué)三定律以熱力學(xué)三定律為基礎(chǔ)的宏觀理論和以分子運動、統(tǒng)計物理描述的微觀理論為基礎(chǔ)的宏觀理論和以分子運動、統(tǒng)計物理描述的微觀理論 形成三大理論體系形成三大理論體系第第5章章 狹義相對論狹義相對論 主要任務(wù)：主要任務(wù)：簡介狹義相對論簡介狹義相對論(special relativity)產(chǎn)生的歷產(chǎn)生的歷史背景、實驗基礎(chǔ)、基本原理及相應(yīng)的時空觀。史背景、實驗基礎(chǔ)、基本原理及相應(yīng)的時空觀。經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)

3、(即牛頓力學(xué)即牛頓力學(xué))適用范圍：適用范圍： 宏觀、低速宏觀、低速(遠小于光速遠小于光速)狹義相對論適用于：狹義相對論適用于：宏觀、高速宏觀、高速(可與光速比擬可與光速比擬)經(jīng)典力學(xué)是相對論力學(xué)在低速時的近似經(jīng)典力學(xué)是相對論力學(xué)在低速時的近似相對論相對論狹義相對論狹義相對論1905：討論不同慣性系對事件的描述：討論不同慣性系對事件的描述廣義相對論廣義相對論1915：涉及到非慣性系包括引力場在涉及到非慣性系包括引力場在內(nèi)的理論內(nèi)的理論第第5章章 狹義相對論狹義相對論 慣性參考系：慣性參考系：牛頓力學(xué)適用的特殊參照系，一個沒牛頓力學(xué)適用的特殊參照系，一個沒有加速度的參考系有加速度的參考系 理想化的

4、概念。理想化的概念。 牛頓絕對時空觀：對所有的參照系，有相同的時對所有的參照系，有相同的時間和空間間和空間(二點間的距離二點間的距離)。即時間和空間絕對不變，且。即時間和空間絕對不變，且相互獨立。相互獨立。 認為時間與空間相互獨立，與物質(zhì)的存在和運動無關(guān)。第第5章章 狹義相對論狹義相對論第第5章章 狹義相對論狹義相對論 1. 伽利略變換伽利略變換和和坐標軸相互平行坐標軸相互平行, 相對于相對于沿沿 +x 方向以速率方向以速率u運運動，當動，當 O 和和O重合時，令重合時，令t=t=0turr坐標變換：坐標變換：uvv速度變換：速度變換：ttzzyyutxx坐標變換分量式坐標變換分量式: :tt

5、zzyyutxx正正變變換換逆逆變變換換O z y x P時間間隔：時間間隔： t= t 第第5章章 狹義相對論狹義相對論速度變換分量式：速度變換分量式：正變換正變換逆變換逆變換zyxuvvvvvvzyx zyxvvvvvv zyxu加速度變換式：加速度變換式：zzyyxxaaaaaaaa空間間隔：空間間隔： 222zyxr222zyxr222zyx第第5章章 狹義相對論狹義相對論2. 絕對時空觀絕對時空觀 時間間隔、空間距離的測量與參考系的選擇無關(guān)。時間間隔、空間距離的測量與參考系的選擇無關(guān)。 時間、空間彼此獨立，而且與物質(zhì)、運動無關(guān)。時間、空間彼此獨立，而且與物質(zhì)、運動無關(guān)。先驗框架先驗框

6、架 絕對空間猶如一只無限擴大的箱子，與里面有無物絕對空間猶如一只無限擴大的箱子，與里面有無物件無關(guān)；絕對時間猶如一條不斷流淌的長河，與其中件無關(guān)；絕對時間猶如一條不斷流淌的長河，與其中有無船只無關(guān)。兩者彼此獨立，互不相關(guān)。有無船只無關(guān)。兩者彼此獨立，互不相關(guān)。 狹義相對論否定了上述的絕對時空觀。狹義相對論否定了上述的絕對時空觀。第第5章章 狹義相對論狹義相對論amFamF,FF3. 伽利略相對性原理伽利略相對性原理(Galileos relativity principle)：對于對于任何一個慣性參考系，所有力學(xué)規(guī)律都是等價的。任何一個慣性參考系，所有力學(xué)規(guī)律都是等價的。 在經(jīng)典力學(xué)中，質(zhì)量也

7、是絕對的，與參照系的選擇在經(jīng)典力學(xué)中，質(zhì)量也是絕對的，與參照系的選擇無關(guān)，即無關(guān)，即m=m aa牛頓定律對不同的參照系有相同的形式。牛頓定律對不同的參照系有相同的形式。 在一切中，力學(xué)現(xiàn)象都服從相同的。在描述力學(xué)現(xiàn)象時，一切慣性系都等價。 在一個慣性系內(nèi)的觀察者所做的任何力學(xué)實驗，都不能判斷該慣性系的運動速度。第第5章章 狹義相對論狹義相對論 1632年伽利略描述了勻速前進的薩爾維阿帝大船年伽利略描述了勻速前進的薩爾維阿帝大船上的力學(xué)現(xiàn)象上的力學(xué)現(xiàn)象都和地面上一樣地發(fā)生。都和地面上一樣地發(fā)生。舟行而不覺舟行而不覺第第5章章 狹義相對論狹義相對論1 1、一切物理規(guī)律在任何慣性系中形式相同、一切物

8、理規(guī)律在任何慣性系中形式相同 相對性原理相對性原理2 2、 光在真空中的速度與發(fā)射體的運動狀態(tài)無關(guān)光在真空中的速度與發(fā)射體的運動狀態(tài)無關(guān) 光速不變原理光速不變原理1) 1) 愛因斯坦的理論是牛頓理論的發(fā)展愛因斯坦的理論是牛頓理論的發(fā)展討論討論一切物一切物理規(guī)律理規(guī)律力學(xué)力學(xué)規(guī)律規(guī)律第第5章章 狹義相對論狹義相對論2) 光速不變與伽利略變換光速不變與伽利略變換與伽利略的速度相加原理針鋒相對與伽利略的速度相加原理針鋒相對3) 3) 觀念上的變革觀念上的變革牛頓力學(xué)牛頓力學(xué)速度與參考系有關(guān)速度與參考系有關(guān)( (相對性相對性) )時間標度時間標度長度標度長度標度質(zhì)量的測量質(zhì)量的測量與參考系無關(guān)與參考系

9、無關(guān)狹義相對狹義相對論力學(xué)論力學(xué)長度、時間測量長度、時間測量 的相對性的相對性光速不變光速不變第第5章章 狹義相對論狹義相對論第第5章章 狹義相對論狹義相對論 變換應(yīng)滿足的條件：變換應(yīng)滿足的條件： 物理定律形式不變；物理定律形式不變；光速光速不變；不變； 低速回到伽利略變換。低速回到伽利略變換。1. .坐標變換坐標變換OzxyOz x y P (x, y, z,t)SSu),(tzyxPOO、0 tt重合重合時刻時刻),(:S),(:StzyxPtzyxPctzyxr222t czyxr222022222tczyx022222tczyx第第5章章 狹義相對論狹義相對論設(shè)設(shè) x 坐標變換滿足線性

10、關(guān)系：坐標變換滿足線性關(guān)系：t uxkxutxkx2211cukk2222211cuxcuttzzyycuutxx正變換正變換2222211cuxcuttzzyycutuxx逆變換逆變換洛侖茲坐標變換洛侖茲坐標變換: :推導(dǎo)見教推導(dǎo)見教材材P.128第第5章章 狹義相對論狹義相對論正變換正變換逆變換逆變換xcuttzzyyutxx2xcuttzzyytuxx2211cu令令 2. 速度變換速度變換 設(shè)設(shè)S系速度系速度),(zyxvvvvS 系速度系速度), ,(zyxvvvv根據(jù)速度定義根據(jù)速度定義：txxddv d dtxx v第第5章章 狹義相對論狹義相對論2dddd d dcxuttux

11、txx vzyvv，同同理理可可得得：)(utxx)d(d dtuxx)( 2xcutt)d(d d2xcutt正正變變換換)1 ( )1 ( 1 222cucucuuxzzxyyxxxvvvvvvvvv逆逆變變換換) 1 ( ) 1 ( 1 222cucucuuxzzxyyxxxvvvvvvvvv第第5章章 狹義相對論狹義相對論3. 洛侖茲變換的意義洛侖茲變換的意義(1) 洛侖茲變換是不同慣性系中時空變換的普遍公式洛侖茲變換是不同慣性系中時空變換的普遍公式洛侖茲變換洛侖茲變換 伽利略變換，滿足對應(yīng)原理伽利略變換，滿足對應(yīng)原理(2) 與光速不變原理、真空中光速為極限速率的實驗與光速不變原理、真

12、空中光速為極限速率的實驗 事實相協(xié)調(diào)。事實相協(xié)調(diào)。102cucuttutxxxcuttutxx)(2 cxvcccuucx21v時時第第5章章 狹義相對論狹義相對論(3) 建立了新的時空觀建立了新的時空觀 揭示出時間、空間揭示出時間、空間，并與物質(zhì)、運動密，并與物質(zhì)、運動密不可分，形成四維時空概念：不是不可分，形成四維時空概念：不是“時間時間 + 空間空間”，而是，而是“時間時間空間空間”統(tǒng)一體統(tǒng)一體。 不同慣性系中的觀察者有各自不同的時空觀念，不同慣性系中的觀察者有各自不同的時空觀念，不不對所有觀察者都相同的對所有觀察者都相同的和和。第第5章章 狹義相對論狹義相對論 一短跑選手在地面上用10

13、s時間跑完100m的路程，求在另一個以0.6c的速度沿同一方向運動的參考系中，測得該選手跑過的路程和所用的時間。221cuxcutt到達到達兩事件為兩事件為 起跑起跑11tx，11tx，22tx ，22tx，由題意由題意s1012ttm10012 xxcu6 . 0212212121)()(cuxxcutttt12.5ss0.61)10(31000.61028第第5章章 狹義相對論狹義相對論21cuutxx21212121)()(cuttuxxxxm1025. 29m0.61101030.610028負號說明起跑在右，到達在左。負號說明起跑在右，到達在左。第第5章章 狹義相對論狹義相對論kcv

14、=k 設(shè)飛機以光速飛行，飛機上的燈光以光速向設(shè)飛機以光速飛行，飛機上的燈光以光速向前傳播。求：飛機上燈光對地球的速度。前傳播。求：飛機上燈光對地球的速度。v = c=+c1+cc2cc=cuxux=1vvc2ux+ux= cc解：解：第第5章章 狹義相對論狹義相對論第第5章章 狹義相對論狹義相對論(relativity of simultaneity)由洛侖茲變換由洛侖茲變換)(2xcutt：在某一慣性系中的同時事件，在另一相對其運在某一慣性系中的同時事件，在另一相對其運動的慣性系中是否是同時的動的慣性系中是否是同時的?xxyyzzOOS系系S系系u事件事件1事件事件2系系系系SS1, 1tx

15、1, 1tx 2,2tx2, 2txS系同時發(fā)生的兩事件系同時發(fā)生的兩事件, ,t = 0s系系 若若 則則 ，兩事件同時發(fā)生。，兩事件同時發(fā)生。0 x0t 若若 則則 ，兩事件不同時發(fā)生。，兩事件不同時發(fā)生。0t0 x) xct (t2,第第5章章 狹義相對論狹義相對論理想實驗：愛因斯坦火車理想實驗：愛因斯坦火車, 站臺站臺 ; 火車火車系系S系系SABxouCxoACB同時同時不同時不同時0 ttC發(fā)一光信號發(fā)一光信號事件事件1: A接收到光信號接收到光信號事件事件2: B接收到光信號接收到光信號事件事件1、事件、事件2是否同時發(fā)生？是否同時發(fā)生？ ：“光速不變原理的直接結(jié)果光速不變原理的

16、直接結(jié)果第第5章章 狹義相對論狹義相對論xcut2uctx20)(2xcutt時時序序變變化化0)(2xcuttxcut2uctx2時時序序不不變變: :(1) 在某一慣性系中的同步鐘，在另一相對其運在某一慣性系中的同步鐘，在另一相對其運 動的慣性系中是否是同步的動的慣性系中是否是同步的? (2) 兩事件發(fā)生的時序與因果律兩事件發(fā)生的時序與因果律012ttt即事件即事件1先發(fā)生先發(fā)生, 則則S 系中系中?若若S系中系中 即事件即事件1有可能比事件有可能比事件2先發(fā)生、同時發(fā)生、或后發(fā)生，先發(fā)生、同時發(fā)生、或后發(fā)生，時序有可能倒置。時序有可能倒置。與因果律是否矛盾？與因果律是否矛盾？有因果關(guān)聯(lián)的

17、事件之間的信號速率有因果關(guān)聯(lián)的事件之間的信號速率uctxcu2滿足時序不變條件滿足時序不變條件第第5章章 狹義相對論狹義相對論理想實驗：愛因斯坦火車理想實驗：愛因斯坦火車系系S系系S站臺系：站臺系：火車系：火車系：Dxyo1x),I(11txNM),II(21txcDttt212 用一個相對事件發(fā)生地靜止的鐘測用一個相對事件發(fā)生地靜止的鐘測量的兩個量的兩個事件的時間間隔事件的時間間隔原原時時(proper time) (固有時間固有時間) 0第第5章章 狹義相對論狹義相對論221112tcDt222)2()2(tuDtc021tttt該兩事件為該兩事件為事件，需用兩只事件，需用兩只鐘測出其時間

18、間鐘測出其時間間隔：隔：非原時非原時系系S站臺系：站臺系：光信號：光信號：NMN xy2x1xoD),I(11tx),II(22tx2tc2tuuM MM1N2NNNN 原時最短原時最短運動時鐘變運動時鐘變慢效應(yīng)慢效應(yīng)時間膨脹，時間膨脹， 時間延緩時間延緩(time expansion)第第5章章 狹義相對論狹義相對論 * 時間延緩是一種相對效應(yīng)。時間延緩是一種相對效應(yīng)。 原時是由靜止在原時是由靜止在“當?shù)禺數(shù)亍钡耐恢荤姕y量；的同一只鐘測量； “兩地時兩地時”用校準的用校準的“同步鐘同步鐘”測量。測量。 * 當速度遠遠小于當速度遠遠小于c 時，時間間隔相同。時，時間間隔相同。 若在相對事件發(fā)

19、生地運動的參考系中，該兩事件必若在相對事件發(fā)生地運動的參考系中，該兩事件必為異地事件，需用兩只鐘測出其時間間隔為異地事件，需用兩只鐘測出其時間間隔 ,則：則： = 0孿生子效應(yīng)誰年輕？afe0.弟弟弟弟.哥哥哥哥ssuxx第第5章章 狹義相對論狹義相對論.半人馬座 星是距離太陽系最近的恒星，它距離地球4.31016m。設(shè)有一宇宙飛船自地球飛到半人馬 星，若宇宙飛船相對地球的速度為0.999c，按地球上的時鐘計算要用多少年時間？如以飛船上的時鐘計算，所需時間又為多少年？地球系地球系: :非原時非原時; ;飛船系飛船系: :原時原時年年55. 4360024365103999. 0103 . 48

20、16vst按地球上的時鐘計算，飛船飛到按地球上的時鐘計算，飛船飛到 星所需時間為星所需時間為解：解：: :哪個時間為原時？哪個時間為原時？若用飛船上的鐘測量，飛船飛到若用飛船上的鐘測量，飛船飛到 星所需時間為星所需時間為年年203. 055. 4999. 0121t正是時間膨脹效應(yīng)使得在人的有生之年進行星際航行成為可能。正是時間膨脹效應(yīng)使得在人的有生之年進行星際航行成為可能。第第5章章 狹義相對論狹義相對論 長度長度 = 在與長度方向平行的坐標軸上，物體兩端坐標在與長度方向平行的坐標軸上，物體兩端坐標值之差。值之差。(當物體運動時，兩端坐標必須同時記錄當物體運動時，兩端坐標必須同時記錄)(0t

21、xA)(0txB)(1txA)(0txBxxyyzzoOS系系S系系u測量尺兩端坐標測量尺兩端坐標 S 系中測量系中測量( (不一定同時測量不一定同時測量)的長的長度度原長原長(proper length)(固有長度固有長度) 12xxLS系中測量系中測量(一定同時測量一定同時測量)的長度的長度非原長非原長12xxL第第5章章 狹義相對論狹義相對論由洛侖茲變換：由洛侖茲變換：)(tuxx原長原長0觀測長度觀測長度xxx原長最長！原長最長！xxx)(tuxx原長原長0觀測長度觀測長度(非原長非原長)若尺相對于若尺相對于S系靜止系靜止xxyyzzoOS系系S系系u220/1cllv第第5章章 狹義

22、相對論狹義相對論220/1cllv(4) 長度收縮是長度收縮是“測量測量”結(jié)果，不是結(jié)果，不是“視覺視覺”效效應(yīng)。應(yīng)。: : (1) 相對于相對于觀察者運動物體沿運動方向長度縮短了觀察者運動物體沿運動方向長度縮短了 長度收縮長度收縮(contraction of length) (動尺縮短動尺縮短) )(2) 長度縮短具相對性長度縮短具相對性SuSS SS (3) 收縮效應(yīng)與測量有關(guān)，固有長度不變，不表示物收縮效應(yīng)與測量有關(guān)，固有長度不變，不表示物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變。是一種物質(zhì)的時空屬性。質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變。是一種物質(zhì)的時空屬性。演示演示第第5章章 狹義相對論狹義相對論物理世界奇遇記物理世界奇遇記

23、 伽莫夫伽莫夫湯普金斯湯普金斯(c,G,h)先生先生的奇遇的奇遇能否真的見到此番光景？能否真的見到此番光景？參閱趙凱華參閱趙凱華新概念物理教程新概念物理教程 . 力學(xué)力學(xué)P. 410第第5章章 狹義相對論狹義相對論靜系中子的平均壽命為2.210-6s。據(jù)報導(dǎo)，在一組高能物理實驗中，當它的速度為u=0.9966c時通過的平均距離為8km。試說明這一現(xiàn)象：(1) 用經(jīng)典力學(xué)計算與上述結(jié)果是否一致；(2) 用時間膨脹說明；(3) 用尺縮效應(yīng)說明。(1) 按經(jīng)典力學(xué)按經(jīng)典力學(xué)657.756mm102.21039966. 068uL不不符合事實符合事實(2) 本征本征壽命：壽命： 0=2.2 10-6s

24、實驗室測其壽命：實驗室測其壽命：s107 .26s9966. 01102 . 21626220cu0.9966c第第5章章 狹義相對論狹義相對論m108m1026.7103368uL與平均距離一致與平均距離一致(3) 子參考系測實驗室距離：子參考系測實驗室距離：m0.99661108123220cuLL運動時間：運動時間：s102.2s1030.9966100.66683uL與平均壽命與平均壽命一致一致m100.6630.9966c第第5章章 狹義相對論狹義相對論xxyyOOu解：解：xyxy45tan30tan由題意可知由題意可知yy45tg30tgxx由由得得根據(jù)相對論根據(jù)相對論“尺縮尺縮

25、”效應(yīng)，有效應(yīng)，有2)(1cuxx即即2)(1cuxx一根米尺靜止放置在S 系中，與Ox 軸成30角。已知S系平行于S系的Ox軸正向勻速運動，如果在S系中測得米尺與Ox軸成45角，問: (1) S 系相對于 S系的運動速度u為多大？ (2) S系中測得米尺的長度是多少？第第5章章 狹義相對論狹義相對論ccu816. 03245tan30tan122cu于是于是得得由于由于yy米尺長度米尺長度45sin30sinLLm707. 012245sin30sinLL所以所以第第5章章 狹義相對論狹義相對論相對論動力學(xué)基礎(chǔ)相對論動力學(xué)基礎(chǔ)第第5章章 狹義相對論狹義相對論質(zhì)量的表達質(zhì)量的表達 猜想形式？猜

26、想形式？基本事實：基本事實： 持續(xù)作用持續(xù)作用 動量動量 持續(xù)持續(xù) Fvmp 約束：約束：速度速度v上限是上限是 c， 空間的各向同性與速度方向無關(guān)空間的各向同性與速度方向無關(guān) 對應(yīng)原理要求對應(yīng)原理要求 v c時，時， m=m0)(vmm 相對論力學(xué)定律相對論力學(xué)定律 經(jīng)典力學(xué)定律經(jīng)典力學(xué)定律cu相對論力學(xué)量相對論力學(xué)量 經(jīng)典力學(xué)量經(jīng)典力學(xué)量cu第第5章章 狹義相對論狹義相對論mmmu0vS 系動量守恒：系動量守恒：ummmm)(000vmmmu0vuu 理想實驗：理想實驗：全同粒子的完全非彈性碰撞。全同粒子的完全非彈性碰撞。設(shè)設(shè)小球小球A和和B的靜止質(zhì)量均為的靜止質(zhì)量均為m0 0，A靜止于靜

27、止于S 系，系，B靜止于靜止于S系。系。svsusvsu21cuuuvvmmcm20221vS系動量守恒：系動量守恒：ummmm)(000v第第5章章 狹義相對論狹義相對論02201mcmmvmmcm20221v討論：討論：12303 . 06 . 00 . 1cv/0mm考夫曼實驗結(jié)果：考夫曼實驗結(jié)果：電子質(zhì)量隨速度變化電子質(zhì)量隨速度變化第第5章章 狹義相對論狹義相對論vvv2201cmmp2. 相對論基本方程相對論基本方程tmtpFd)(dddv00mmccvv時時當當v0mp 1. 動量動量tmtmFddddvv時時當當cvtmFdd0v 相對論動力學(xué)方程在洛倫茲變換下具有不變性。在低相

28、對論動力學(xué)方程在洛倫茲變換下具有不變性。在低速時，退化為速時，退化為 ,相對論力學(xué)退化為經(jīng)典力學(xué)。相對論力學(xué)退化為經(jīng)典力學(xué)。amF第第5章章 狹義相對論狹義相對論tFsFEdddkv)(ddvmtFvvvvv)d()d()(ddkmmvmE 經(jīng)典力學(xué)220kvmE 相對論力學(xué)2220k/12vvcmE? ?2201cmmv數(shù)學(xué)推導(dǎo)數(shù)學(xué)推導(dǎo) 考慮考慮相對論動能：相對論動能：202kcmmcE第第5章章 狹義相對論狹義相對論1112220202kccmcmmcEv44222122832111cccvvv44020k8321cmmEvv時時cv20k21vmE 202kcmmcE第第5章章 狹義相對

29、論狹義相對論202kcmmcE220kmccmEE靜止時的能量靜止時的能量物體物體總能量總能量2mcE 物體物體靜能靜能(rest energy)200cmE 運動時的能量運動時的能量 (mass-energy relation)：反反映質(zhì)量與能量的不可分割性，任何映質(zhì)量與能量的不可分割性，任何物體系統(tǒng)，可以由質(zhì)量或者能量來物體系統(tǒng)，可以由質(zhì)量或者能量來表征其數(shù)量表征其數(shù)量靜止物體所含巨大能靜止物體所含巨大能量不引人注意，是因量不引人注意，是因為沒有能量向外流出為沒有能量向外流出第第5章章 狹義相對論狹義相對論(1) 靜能靜能 表征表征物體物體的總內(nèi)能的總內(nèi)能200cmE 分子間相互作用勢能分

30、子間相互作用勢能 分子運動動能分子運動動能 原子間結(jié)合在一起的化學(xué)能原子間結(jié)合在一起的化學(xué)能 原子核與電子結(jié)合在一起的電磁能原子核與電子結(jié)合在一起的電磁能 原子核內(nèi)基本粒子間的結(jié)合能原子核內(nèi)基本粒子間的結(jié)合能說明：說明：(2) 質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律 當質(zhì)量發(fā)生當質(zhì)量發(fā)生 m變化，能量也有相應(yīng)變化變化，能量也有相應(yīng)變化 EmcmcE22(3) 質(zhì)能關(guān)系是人類打開核能寶庫的鑰匙。質(zhì)能關(guān)系是人類打開核能寶庫的鑰匙。 E = c2 m第第5章章 狹義相對論狹義相對論比結(jié)合能圖的啟示：比結(jié)合能圖的啟示：裂變：裂變：重核分裂為中等質(zhì)量的核重核分裂

31、為中等質(zhì)量的核聚變：聚變：輕核聚合為中等質(zhì)量的核輕核聚合為中等質(zhì)量的核質(zhì)量虧損，釋放結(jié)合能質(zhì)量虧損，釋放結(jié)合能應(yīng)用：原子彈、氫彈、核電站應(yīng)用：原子彈、氫彈、核電站 第第5章章 狹義相對論狹義相對論計算核聚變中釋放出的能量計算核聚變中釋放出的能量kg1067265. 127pmkg1067496. 127nmkg1096. 330Dnpmmmm(J)10564. 3132mcEkg1034365. 327DmMeV23. 210602. 110564. 31913核核反反應(yīng)應(yīng)堆堆2克氘克氘 (1摩爾摩爾): 6.022 1023個氘核個氘核(J)10146. 210022. 610564. 31

32、12313E第第5章章 狹義相對論狹義相對論于是于是222202201)(1pEccmccmEv420222cmcpE由由2mcE vmp消去消去 得得m22422pEcpEcvvE20cmpc討論：討論：當當 時時cv20k0k0k2022221)(cmEEEEEEEEpc02k2mpE 第第5章章 狹義相對論狹義相對論pcE cEp2cEm光子的物質(zhì)性：光子的物質(zhì)性：光子無靜止質(zhì)量、靜止能量，但有運光子無靜止質(zhì)量、靜止能量，但有運 動質(zhì)量、動量以及動能。動質(zhì)量、動量以及動能。420222cmcpE2201cmmv第第5章章 狹義相對論狹義相對論 一個中性介子相對于觀察者以速度v = kc

33、運動，以后衰變?yōu)閮蓚€光子，兩光子的運動軌跡與介子原來的方向成相等的角度 。試證明: (1) 兩光子有相等的能量。(2) cos = k。證證: (1) 方向方向動量守恒動量守恒0sinsin21cEcEcoscos1)(1212020cEcEkmcmvvvEEE21(2) /方向方向動量守恒動量守恒能量守恒能量守恒212201EEkcmkcvcosv 1 2第第5章章 狹義相對論狹義相對論一個電子被電壓為106V的電場加速后，其質(zhì)量為多少？速率為多大？解：解：(J)106 . 110106 . 113619keUE202kcmmcE(kg)1069. 2101 . 9)103(106 .mcEm2201cmmvccmm94. 0)s(m1082. 2118220v第第5章章 狹義相對論狹義相對論閔可夫斯基四維世界閔可夫斯基四維世界第第5章章 狹義相對論狹義相對論 在四維空間，對不同的參考在四維空間，對不同的參考系，事件系，事件1和事件和事件2的坐標為：的坐標為：1111,tzyx1111,tzyx事件事件1事件事件22222,tzyx2222,tzyxt=t =0時時O、O