高二物理競賽狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)課件

需要重新定義質(zhì)量、動(dòng)量、能量等一些物理量，揭示相對(duì)論中的力學(xué)規(guī)律，就產(chǎn)生了相對(duì)論力學(xué)?！?5-5

相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)伽利略變換下形式不變經(jīng)典力學(xué)定律洛侖茲變換下形式變化經(jīng)典力學(xué)定律不滿足愛因斯坦的相對(duì)性原理。兩個(gè)原則1.在低速條件下，相對(duì)論力學(xué)基本定律回到牛頓第二定律。2.保持基本守恒定律繼續(xù)成立.一、相對(duì)論質(zhì)量1901年德國物理學(xué)家考夫曼利用鐳的放射性衰變中射線的高能電子作實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨速度增加，電子越來越難以加速，即電子的質(zhì)量隨速度的增大而增大。00.2

0.40.60.81.0用一個(gè)例子找出質(zhì)量和速度的函數(shù)關(guān)系.質(zhì)量守恒不受外力作用，系統(tǒng)動(dòng)量守恒系統(tǒng)遵守SS系相對(duì)于S’系沿x軸以速率-u運(yùn)動(dòng)，S’系有一質(zhì)點(diǎn)，在某時(shí)刻分裂為完全相同的兩塊A、B，它們相對(duì)于S’的運(yùn)動(dòng)速率相等，方向如圖所示S

’由相對(duì)論速度變換法則：S系中A、B的速度碰撞前后動(dòng)量守恒：碰撞前后質(zhì)量守恒：由知，是靜止質(zhì)量用表示聯(lián)立解得

質(zhì)點(diǎn)以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系為—相對(duì)論的質(zhì)速關(guān)系1)質(zhì)量和v有關(guān)

:m=m(v)，在不同慣性系中質(zhì)量大小不同。討論：2)

速度越大慣性就越大，越不易改變原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。3)v>c時(shí)，m將為虛數(shù)，無意義，

c是一切物體速度的極限。5)對(duì)于光子，速度為c，而m又不可能為無限大，所以光子的靜止質(zhì)量m0=04）當(dāng)時(shí),回到牛頓力學(xué)情況.

二、相對(duì)論力學(xué)的基本方程1.動(dòng)量以v

運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量為：

力等于動(dòng)量的變化率2.質(zhì)點(diǎn)受力3.相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)方程

力可以改變速度，也可以改變質(zhì)量；力的方向和速度、加速度的方向均有關(guān),不再與加速度的方向一致。當(dāng)v

<<c時(shí)，回到牛頓定律

經(jīng)典力學(xué)觀點(diǎn)狹義相對(duì)論觀點(diǎn)永遠(yuǎn)受同一方向的力作用則

v

當(dāng)

v

c

時(shí)

m

力的作用：改變速度力的方向與的方向一致改變速度改變質(zhì)量力的作用：力的方向與和的矢量和的方向一致v↑

m↑物體受力作用：不斷受力

v

c,c

是

v

的極限物體受力作用v↑三、相對(duì)論動(dòng)能

粒子的動(dòng)能等于合外力F使粒子速率由0

增至v時(shí)所作的功兩邊求微分得：相對(duì)論動(dòng)能由討論1）與經(jīng)典動(dòng)能形式完全不同相對(duì)論粒子動(dòng)能牛頓粒子動(dòng)能2）當(dāng)v<<c時(shí)四、質(zhì)量和能量的關(guān)系物體的總能量

E=mc2

，稱為質(zhì)能關(guān)系。

質(zhì)能關(guān)系反映了物體的能量和質(zhì)量的內(nèi)在的深刻聯(lián)系。能量守恒與質(zhì)量守恒統(tǒng)一于質(zhì)能關(guān)系。

如一系統(tǒng)能量守恒

物體的靜止能量E0=m0c2

，包括：內(nèi)部各結(jié)構(gòu)層次的粒子的動(dòng)能及相互作用能。

任何宏觀靜止的物體都具有能量，例如1公斤的物體的靜止能量：E0=1×（3×108）2=9×1016J數(shù)值很大，能否利用呢？在一定條件下可轉(zhuǎn)化為其他形式的。（愛因斯坦預(yù)言）什么條件？物體或粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化.

輕元素原子核（如氘核與氚核）相互結(jié)合成較重的原子核（如氦）。

核反應(yīng)會(huì)有大量的能量釋放，這就是原子核能。

重元素原子核（如鈾）分裂成兩個(gè)中等輕重的原子核。核反應(yīng)：反應(yīng)前：反應(yīng)后：系統(tǒng)靜質(zhì)量m01

總動(dòng)能Ek1

系統(tǒng)靜質(zhì)量m02

總動(dòng)能Ek2能量守恒：系統(tǒng)動(dòng)能的增量總靜止質(zhì)量的減小，稱為質(zhì)量虧損.系統(tǒng)動(dòng)能的增加量等于系統(tǒng)靜能的減少量。核反應(yīng)的基本關(guān)系在一般變化過程中，質(zhì)量的改變是很微小的。例如：使

0.001kg的水從

273k升到

373k，吸收的熱量為

418.6J，求其質(zhì)量的增加量。解：

這樣小的質(zhì)量增加量是觀察不出來的。但在原子核反應(yīng)中，質(zhì)量的改變就不能忽略了。我國于

1958年建成的首座重水反應(yīng)堆中國廣東大亞灣核電站核潛艇例1試計(jì)算氫彈爆炸中核聚變反應(yīng)之一放出的能量，其聚變反應(yīng)為已知各粒子的靜止質(zhì)量氘核氚核氦核中子解：反應(yīng)前后質(zhì)量虧損釋放能量合成1kg氦可釋放能量燃燒1kg優(yōu)質(zhì)煤釋放的能量

例2一個(gè)靜止質(zhì)量為

m0

的粒子，當(dāng)其速度由0.6c

增加到

0.8c

時(shí)，外界對(duì)它所作的功

A=？

解：2220)6.0118.011(cm---=不能用這樣的方法求解：例3m0為電子的靜質(zhì)量，求（1）電子的靜能是多少電子伏特解：（1）電子的靜止質(zhì)量m0=9.11×10-31kg電子的靜能1eV=1.602189210-19J需要做功（2）將電子從靜止開始加速到0.60c的速度需做多少功？電子以0.60c的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的總能量五、動(dòng)量