第三次相对论动力学.ppt

上次内容回顾 同时的相对性 运动时钟 运动长度 必须进行修正 核轰炸的消息传来，杜鲁门和许多官员兴高采烈，大多数参加“曼哈顿计划”的科学家们却心情沉重。爱因斯坦便痛心地说，当初致信罗斯福提议研制核武器，是我一生中最大的错误和遗憾。他甚至懊悔当初从事的科研，“早知如此，我宁可当个修表匠。” 2 受控核聚变（轻核） 1 受控核聚变的基础知识 核聚变反应，取之不竭的能源 达到核聚变的条件—劳逊判据 关键的困难：加热与约束 太阳是一个巨大的聚变反应堆 氢弹—聚变能的不可控释放 2 磁约束聚变 多途径的探索：箍缩，仿真器 托卡马克成为集中发展的主要途径 3 聚变电工 强脉冲电源 辅助加热 磁体系统 等离子体控制 4 惯性核聚变 经典力学 相对论力学 本次作业 17-29、17-30、17-32、17-36、17-38、17-39 合肥EAST超导托卡马克 正在建造（2004.8） JT-60 例：在一种热核反应中，各种粒子的静质量如下： 求：反应释放的能量。 氘核 氚核 氦核 中子 反应质量亏损： 释放的能量： 1 kg 核燃料释放能量： 教材288页例2 另解 五）相对论动量、能量的关系 两式大小相除： 设一静质量为 ，速度为 的粒子 或： 整理，得： 利用三角形有助记忆： 六）静质量为零的粒子 发现有五种静质量为零的粒子--光子、电子型中微子、电子型反中微子、? 型中微子、反中微子。 （近据报导，国外发现中微子质量不为零。这里以光子为例。） 能量为E的光子具有动量： 总质量： 故总能量： 光子有动量已从天文上得到证实。 日 扫帚星的形成 小 结 1.动量 2.动力学方程 3.质速关系 4.质能关系 5.动量与能量关系 6. 光子 1）静止质量为零： 2）运动质量 3）动量 这正是光的波（波长、频率）粒（动量、能量）二象性的体现。 动量 动力学方程 动能 动量能量关系 * 一）牛顿力学（经典力学）： 质点的动量 动量守恒（所有惯性系） （1）质量是恒量；（2）遵循伽利略变换 牛顿定律 相对论动力学方程、质量、动量、能量 （Relativistic Dynamic Equation 、Mass、Momentum、Energy） 用一恒力加速一个粒子，依牛顿定律其加速度为 即，按牛顿定律粒子速度可以超过光速。在经典力学中速度没有上限。 人们曾在美国斯坦福直线加速器中加速电子，加速器全长2英里，每米加以七百万伏电压。 斯坦福加速器全貌 斯坦福加速器内貌 全长2英里 依经典理论电子速度应该达到： 而实测值为： 结论：牛顿定律与光速极限矛盾 牛顿力学须改造！ 伽利略变换下 1）在“LT”下具有协变性---满足相对性要求及光速不变原理。（各种物理规律包括动量守恒及能量守恒在不同惯性系中具有相同的形式。） 2）满足渐进性要求-- 伽利略变换 如何改造呢？ 改造应满足： 经典： 动量与速度成正比，且质量不变。 二）相对论性动量和质量 可以证明，如果不改变定义，动量守恒在洛伦兹变换下 不能对一切惯性系都成立！ c.f. 程守洙-江之永《普通物理学》1982 第三册P123。 怎么修正？途径？ 1）可改变动量定义 2）可改变质量定义 采用后者 事实上：这一结论早在1905年考夫曼从放射性镭放出的高速电子的实验中就被发现。相对论问世以后再次由考夫曼、彼歇勒（1909年）、盖伊拉范采（1915年）经实验证实。 这样动量的表达式应为（保留定义式）： 可见，质量随速度增大而增大。 经典中（伽利略变换下）质量不变，光速变。 不可能，静止质量不为零的粒子不可能以光速运动！ 若 ，则当 时， 洛伦兹变换下 动量形式不变 且动量守恒。 c.f. 程-江 三）相对论动力学方程 相对论中仍然保持了牛顿定律的原来框架。 其中， 为质点的速度。 注意：1） 2）方程虽保持了原牛顿定律的框架 但内容却有别。 注意： 2）方程虽保持了原牛顿定律的框架 但内容却有别。 经典力学 相对论力学 力的作用 产生 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 四）相对论动能、质能关系