狭义相对论动力学基础.ppt

固有长度，路程＝速度乘时间 质能关系统一了能量守恒与质量守恒 如一系统能量守恒 P188,15.36式，3-5行 对一个孤立系统，在物理过程中能量守恒定律和质量守恒定律同时成立，即能量和质量都不能创生、也不能消灭，它们只能从一种形式转化为另一种形式。如：电子对湮灭成光子的过程 静质量变成运动质量；静能量变成电磁辐射能。 P188,15.36式，3行 E = mc2为开创原子能时代提供了理论基础， 被看作是具有划时代意义的理论公式，已成为 纪念爱因斯坦伟大功绩的标志。 3） 由 E= mc2知，一定能量总与一定质量相对应，任何质量的改变，都伴随相应的能量改变，反之亦然，其能量变化与质量变化的关系为 △E= △m c2 △m0 系统能量增加 △m0 系统能量减少 P188,15.36式，3，6，7行 在日常生活中，质量的改变是很微小的。 例如：使 1 kg 的水从 273 k 加热到 373 k ，吸收的热量为 4.186 ×105J ，求其质量的变化量。 解： 如此小的质量变化，是无法测量的。但在核利用方面，这一微小变化是非常重要的。原子弹和氢弹爆炸的巨大能量正是原子结构发生变化时静止质量减少而放出的能量。 4） E= Ek + m0c2 = Ek + E0 △E = △Ek + △E0 = 0 对孤立系统进行的过程，系统能量守恒,其动 能和静止能量之间可相互转化而保持总能不变。 △Ek = - △E0 = △m0c2 质量亏损 ?m0 = (?m0初) - (?m0末) 核反应的基本关系 4） 质量亏损 对孤立系统进行的过程，系统能量守恒,其动 能和静止能量之间可相互转化而保持总能不变。 质量亏损 ?m0 = (?m0初) - (?m0末) △E = △Ek + △E0 = 0 △Ek = - △E0 = △m0 c2 核反应的基本关系 E= Ek + m0c2 = Ek + E0 反应前： 反应后： 系统静质量m01 总动能Ek1 系统静质量m02 总动能Ek2 5)核反应 一个重元素原子核（如铀）分裂成 两个中等质量的原子核。如原子弹爆炸 核聚变反应:两个轻元素原子核聚合成一个重原子核 核裂变反应： 如：氘核与氚核→氦；如 氢弹爆炸 指出：核反应会发生质量的减少，这时会有大量的能量释放，这就是原子核能。 P189,倒第2段，第3行 核反应的基本关系 能量守恒： 系统动能的增量 系统动能的增量 = 系统静能的减少量。 总静止质量的减小，称为质量亏损. ——核反应的基本关系 例7 试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一放出的能量，其聚变反应为 已知各粒子的静止质量 氘核 氚核 氦核 中子 P190,例15-4 解：反应前后质量亏损 释放能量 合成1 kg氦可释放能量 燃烧1 kg优质煤释放的能量 大约相等于1亿度电 1度电=3.6×106J 例7 热核反应 P190,例15-4 解：反应前后质量亏损 释放能量 1 kg核燃料释放能量约为： 3.35×1014 J 大约相等于1亿度电 1度电=3.6×106J 1kg优质煤燃烧热为：3.3×107J 两者相差107倍，即1kg核燃料～ 1千万公斤煤！ 我国于 1958 年建成的首座重水反应堆 核能的应用 中国广东大亚湾核电站 核潜艇 四、能量与动量的关系 由质能关系式 （1） 动量表达式 （2） 式（1）平方得 这就是相对论中的能量和动量的关系式。 1.能量、动量关系 1）上式 ,当E 取“-” 时，预示者粒子可能存在负能量状态，狄拉克提出真空理论，预言了反粒子存在，已被实验证实。 如：电子e ——反电子e+ 质子p ——反质子p- 注：物质与其反物质质量相等，电荷数相反。 对m0=0的粒子仍适用。 P191,15.39下2,3行 如：光子静止质量 m0=0 2.讨论 2) 由 得 1）上式 ,当E 取“-” 时，预示者粒子可能存在负能量状态，狄拉克提出真空理论，预言了反粒子存在，已被实验证实。 如：电子e ——反电子e+ 质子p ——反质子p- 注：物质与其反物质质量相等，电荷数相反。 （2）