第十一章狭义相对论基础.ppt

（一）伽里略变换与经典力学时空观回顾 （四） 狭义相对论动力学基础 在相对论中，动力学的一系列物理概念和规律都面临着重 新定义的问题。重新定义新物理量的原则是： 洛伦兹协变性：粒子或粒子系统的动力学方程必须在洛伦兹变换下形式不变。 对应原则的限制：即uc时，新定义的物理量必须趋于经典物理学中对应的物理量； 尽量保持基本守恒定律继续成立。 一、动量和质量 由动量守恒和洛仑兹变换可推导出（参见郑永令等《力学》）： 物体对观察者有相对速度u 时测出的质量 物体在相对静止的惯性系中测出的质量，或称静止质量 第十一章 狭义相对论基础 根据实验结果，在相对论中，定义动量P为： 二、力、功和动能 在相对论中，仍然保留力作为动量的变化率这一定义，但动量由上式决定，故 动力学方程： 说明： 1) 同一物体在不同惯性系测得质量不同； 2) 动力学方程形式依然； 3) vc时，m?m0， 第十一章 狭义相对论基础 在相对论中，功能关系仍具有经典力学的形式，动能定理仍然成立，即 由 (1) (2) (3) 对上式微分得 第十一章 狭义相对论基础 分析： 相对论动能等于因运动而引起质量增加量乘以光速的平方。 (2), (3)式代入(1)式得 牛顿力学中定义的动能 第十一章 狭义相对论基础 三、能量 质能关系 爱因斯坦将动能表达式中出现 的这一恒量，解释为粒子因静质量而具有的能量，称为静能 .而称 为质点的总能量E.由此即得著名的质能关系 爱因斯坦指出，如果使粒子系统的静质量减少 ，它就能释放出数量为 的巨大能量. 实验表明，原子核的静质量小于组成它的所有核子的静质量之和，其差额称为原子核的质量亏损B，即 第十一章 狭义相对论基础 说明：一个静质量为零的粒子，在任一惯性系中只能以光速运动，永远不会停止，如光子、中微子等。 E Pc m0c2 分析： 质能关系预示了原子能时代的来临。 与此相应的静能 ，称为原子核的结合能，即 能量和动量的关系 i. 轻原子核聚变反应，静质量减少，可释放大量能量，如氢弹； ii.重原子核裂变，静质量也减少，释放大量能量，如原子弹和核反应堆。 第十一章 狭义相对论基础 日本大地震引起核泄漏。很多人谈及此事，但不明白核泄漏的放射物为何不是铀，而是碘131？ 核电厂的发电原理，简单讲是用铀U235作燃料，铀U产生裂变，放出巨大热能，热能使液态水变成水蒸气，水蒸气推动发电机发电。铀U裂变产生的热能巨大，一公斤铀U裂变发出的热能相当于300万公斤煤的热能。所以，各国都想发展核电。 铀U是放射性物质，放出的射线对人体危害较大。在核电厂的核反应堆里，必须把铀U封闭在密封的、安全的容器里。这个容器叫核燃料棒，用特殊材料制成，防止泄漏。核燃料棒周围布满冷却水，水不停的流动，带走核燃料棒的热量。如果运转正常，核电站是安全的。但是，核反应堆就怕循环水不循环！一旦冷却水不循环，核燃料棒内的铀U在裂变，产生巨热，巨热无法释放，必然造成高温，当温度大于2000度时，核燃料棒将溶化、被击穿，核裂变物质将进入水中或水蒸气中，那危险是非常大的，这是核电厂致命的地方。而日本的核泄漏就是因为大地震，电力中断，水泵不能工作，循环冷却水不循环，核燃料棒的核裂变物衰变产生巨热，核燃料棒爆裂，核裂变物进入水中。蒸汽压力增大，蒸汽中的氢与反应堆的锆反应，造成爆炸。混凝土压力容器和密封护罩被炸开。核裂变物随水蒸汽外泄漏。这就是核泄漏！ 核泄漏为什么没有铀U235而是碘131呢？核燃料棒内的铀原子的原子核在热中子的强力冲击下，发生裂变，生成约300种新的物质，并放出热量。铀本身或已不存在。新的物质发生衰变再生成新的物质。。。衰变不停的进行，新的物质不断产生，热量不断放出。而产生最多的裂变物就是碘131。 例题11.8 已知二质点A、B静止质量均为m0，若质点A静止，质点B以6m0c2的动能向A运动，碰撞后合成一粒子，若无能量释放。求：合成粒子的静止质量。 解：二粒子的能量分别为 由能量守恒定律求合成后粒子的能量　　 根据相对论质能关系 由质速关系求粒子的静止质量　　 * * 第十一章 狭义相对论基础 目 录 （一）伽利略变换与经典力学时空观 （二）狭义相对论的基本假设与洛仑兹变换 （三）狭义相对论时空观 （四）狭义相对论动力学基础 第十一章 狭义相对论基础 力学定律在一切惯性系中都是相同的，即所有惯性系都是等价的。说明了质量的绝对性（与运动无关）。 一、力学的相对性原理 二、伽里略