xiayi 相對(duì)論-3(11).ppt

1、145相對(duì)論性動(dòng)量和能量,一、相對(duì)論中的質(zhì)量,牛頓定律與光速極限的矛盾,物體在恒力作用下的運(yùn)動(dòng),經(jīng)典力學(xué)：物體的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)無關(guān),按牛頓定律粒子速度可以超過光速,依經(jīng)典理論電子速達(dá)到,實(shí)測值,歐洲核子物理研究中心(CERN) 的粒子加速器(大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，它位于法國和瑞士交界處,在地下100米深的一條周長27公里的環(huán)形隧道里，走完全程要花4個(gè)多小時(shí)。,1、規(guī)律遵從洛倫茲變換下的不變性 2、v c,還原為經(jīng)典物理形式,前提:狹義相對(duì)論中的物理量,質(zhì)速公式,（靜質(zhì)量）：物體相對(duì)某慣性系靜止時(shí)的質(zhì)量； m：物體相對(duì)于參照系以速率v的運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量,（1） 在不同慣性系中大小不同 .,質(zhì)量具有相

2、對(duì)性,反映了物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)的不可分割性.,（2）v c時(shí),m(v ) = m0 牛頓力學(xué) v c 時(shí),m 在F作用下,a 0 c 是極限速度,二、相對(duì)論動(dòng)量和動(dòng)力學(xué)基本方程,1 相對(duì)論動(dòng)量：,當(dāng) 時(shí),2 動(dòng)力學(xué)基本方程,動(dòng)量定理（與經(jīng)典形式相同）,2）勻速圓周運(yùn)動(dòng)，v不變，m不變,m為相對(duì)論質(zhì)量,經(jīng)典力學(xué),相對(duì)論力學(xué),力的作用,改變速度的 大小、方向,改變速度、改變 質(zhì)量,F長時(shí)間 作用,力的方向,決定于,決定于,的合矢量方向,相對(duì)論動(dòng)量守恒定律,三、相對(duì)論中的能量與質(zhì)量的關(guān)系,1、相對(duì)論動(dòng)能,設(shè),利用,積分得,相對(duì)論動(dòng)能,1）當(dāng)vc時(shí):,討論,則：,（牛頓力學(xué)的動(dòng)能公式）,2）根據(jù),粒子速率由動(dòng)

3、能表示的關(guān)系：,說明將一個(gè)靜質(zhì)量不等于零的粒子加速到光速須作 無窮大的功(不可能）,用 計(jì)算粒子動(dòng)能是錯(cuò)誤的,有一粒子靜止質(zhì)量為m0，現(xiàn)以速度v=0.8c運(yùn)動(dòng)，計(jì)算它的動(dòng)能：,根據(jù)動(dòng)能公式,2、相對(duì)論能量 質(zhì)能關(guān)系,靜止能量,動(dòng)能,總能量,定義：,質(zhì)能關(guān)系式:,總能:動(dòng)能和靜能之和,1）意義：建立質(zhì)量和能量兩種物質(zhì)屬性在數(shù)量上的關(guān)系:一定的質(zhì)量相應(yīng)于一定的能量，二者不可分割,能量和質(zhì)量守恒是一個(gè)統(tǒng)一的物理規(guī)律,2）質(zhì)能守恒定律,在一個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi)能量守恒：,愛因斯坦：“物質(zhì)的慣性是它所含能量的量度。”（1905）,3）靜能的含義（任何宏觀靜止的物體具有能量）,物體的總內(nèi)能:分子間相互作用勢能 分

4、子運(yùn)動(dòng)動(dòng)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 原子核內(nèi)基本粒子間的結(jié)合能,物體在靜止?fàn)顟B(tài)，靜能不為零,靜止物體所含巨大能量不引人注意,是因?yàn)闆]有能量向外流出.,4）質(zhì)量的變化和能量的變化相聯(lián)系,當(dāng)物體的質(zhì)量增加或減少時(shí)，必然伴隨著能量增加（吸收能量）或減少（釋放能量）。,注意：質(zhì)量和能量之間絕不可能相互轉(zhuǎn)換,應(yīng)用：原子彈、氫彈、核電站 ,能量守恒：,因此：,核反應(yīng)中釋放的能量（原子能）相應(yīng)于一定的質(zhì)量虧損,放射性蛻變、原子核反應(yīng)已證明了相對(duì)論的質(zhì)能關(guān)系,質(zhì)能關(guān)系式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的第一例（1932）,實(shí)驗(yàn)測得：釋放能量,由質(zhì)能關(guān)系式可知兩個(gè)氦核的質(zhì)量比靜止質(zhì)量增加,例1、在S參

5、照系中有兩個(gè)靜止質(zhì)量均為m0的粒子A、B 。分別以速度 相向運(yùn)動(dòng)，相撞后合在一起成為一個(gè)靜止質(zhì)量為M 0的粒子。求M 0,即：,可見,如何解釋？,據(jù)能量守恒：,例2、在一種熱核反應(yīng),中,求這一熱核反應(yīng)釋放的能量是多少？,各種粒子的靜止質(zhì)量為：,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：質(zhì)量虧損：,相應(yīng)釋放的能量：,1kg這種核燃料所釋放的能量：,相當(dāng)于同質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)煤燃燒所釋放熱量的1千多萬倍！,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(yè)運(yùn)行。是

6、我國建設(shè)的第一座大型商用核電站，,田灣核電站:目前中國單機(jī)容量最大的核電站。 (中俄合作項(xiàng)目),四、相對(duì)論的能量動(dòng)量關(guān)系,經(jīng)典力學(xué)中動(dòng)量和動(dòng)能關(guān)系,相對(duì)論的動(dòng)量與能量關(guān)系？動(dòng)量與動(dòng)能關(guān)系？,相對(duì)論的動(dòng)量能量關(guān)系式,相對(duì)論的動(dòng)量與能量關(guān)系式,1）E、Pc、m0c2三角形的表示,2)相對(duì)論的動(dòng)量與動(dòng)能關(guān)系式,牛頓力學(xué),b) 極端相對(duì)論近似,由動(dòng)量能量關(guān)系,2）光子的性質(zhì)：,反映了光的波動(dòng)性、粒子性,凡質(zhì)量都有要受到引力的作用，光子具有質(zhì)量，同樣受到引力的作用，天文觀察證明了這一點(diǎn)。如圖從星星A發(fā)出的星光本應(yīng)沿直線傳播，但受太陽的引力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,曰,證: (1) 垂直方向動(dòng)量守恒,(2)水平方

7、向動(dòng)量守恒,能量守恒,例 . 一個(gè)中性介子相對(duì)于觀察者以速度v = kc 運(yùn)動(dòng),以后衰變?yōu)閮蓚€(gè)光子,兩光子的運(yùn)動(dòng)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.,可得：,1、邁克爾遜實(shí)驗(yàn)的目的與結(jié)果,一、狹義相對(duì)論的基本原理,狹義相對(duì)論小結(jié),二、狹義相對(duì)論 的時(shí)空觀,三、狹義相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),例）遠(yuǎn)方的一顆星以0.8C的速度離地球而去，我 們接收到它輻射的閃光按五晝夜的周期變化，則 固定在此星上的參照系測得的閃光周期是幾晝夜。,t1,t2,解：設(shè)地球?yàn)镵系，星星為K系,閃光從原點(diǎn)發(fā)出,本征時(shí)間,接收周期,K系測得的周期,t1,t2,接收周期,K系測得的周期,（接收周期延長了，或者說頻率 變低了-“紅移”）,由此可知，當(dāng)星