西工大 大物 课件 第4单元.ppt

1. 相对论动能 4.5.3 相对论能量 假定经典力学中的动能定理仍然成立。 (假设质点运动方向与受力方向相同) 将 改写为 两边微分 同除以2m，并移项有 当v c 时，可将 作泰勒展开，得 取前两项，代入 可得 表明经典力学的动能表达式是相对论动能表达式的低速近似。 (相对论动能公式) ? 讨论： 于是 2. 相对论能量 (相对论质能公式) 相对论动能： ，可以改写为： 爱因斯坦定义： 物体静止时的能量 ——静能 物体相对论能量 ——总能量 ——原子能(核能)利用的理论依据 (相对论能量守恒) (相对论质量守恒) 相对论的质量变化必然伴随能量的变化 在相对论中能量守恒与质量守恒两个定律统一。 多个粒子相互作用时 由质能关系有： =常量 =常量 (反应物静止质量之和) 试比较原子核裂变和聚变过程中所释放出的能量。 例 解 用中子轰击铀一类重原子核可分裂成两个中等质量的原子核的现象称为原子核的裂变，在裂变反应中放出巨大能量。例如反应 反应物和生成物静质量之差(质量亏损)，为 生成物的静止质量之和 其中中子的静止质量 的静止质量 的静止质量 的静止质量 则反应物的静止质量之和为 生成物的静止质量之和为 反应前后质量亏损为 其中原子质量单位 释放的能量 一千克铀-235全部裂变，所放出的可利用的核能相当于约2500t标准煤燃料所放出的热能。 聚变反应: 轻原子核聚合成较重原子核的核反应。 例如反应 反应之前静止质量之和为 反应之后静止质量之和为 反应前后静止质量差为 释放出能量 上述聚变反应可以表示为 聚变反应平均每个核子放出的能量(约 )要比裂变反应平均每核子所放出的能量(约 )大得多。 4.5.4 相对论能量和动量的关系 平方后消去v可得 (相对论能量动量关系) 对于静止质量为零的粒子，如光子，能量和动量关系为 (记忆图示) 对于动能是Ek的粒子，总能量为 当vc时，Ek22m0c2 E O p 上式的第一项可以忽略,即 于是有 (物体低速运动时能量动量关系) 例 已知激光器发生的光脉冲所具有的能量为 求 (1)它所携带的动量； (2)如果这光脉冲是在1ms内被物体吸收的，物体所受到的光压是多少? 解 (1)能量为E的光子所具有的动量 (2)光具有动量，所以光射到物体表面上时会对表面产生压力，这个压力叫辐射压力或光压。由于光脉冲是在1毫秒内被物体吸收的，则物体所受的压力为 ? 解题思路 实际问题中当物体作趋近于光速的高速运动时，一定要用相对论动力学的公式，求解相对论动力学问题的关键在于理解和掌握下列几个最重要的结论： 相对论质量 相对论动量 相对论能量 相对论动能 相对论能量和动量的关系 *§4.6 广义相对论简介 主要内容： 1. 广义相对论的基本原理 2. 引力场的几何描述 3. 广义相对论的实验验证 4.6.1 广义相对论的基本原理 狭义相对论缺陷：惯性系问题与引力问题 等效原理:在真实引力场中每一时空点，都存在着一类局域惯性系，其中除引力之外的自然规律和狭义相对论中的完全相同。 理想实验:爱因斯坦电梯 均匀引力场与匀加速参考系完全等价 引力质量与惯性质量等价 引力与惯性力等效 广义相对性原理:物理定律在任意参考系中都具有相同的形式，即对所有物理规律一切参考系都是等价的。 4.6.2 引力场的几何描述 引力的唯一效果是引起背景时空的弯曲 a=-g 光束相对于观 察者的轨迹 外部空间中加速上升的电梯 空间弯曲的概念 A B O R 牛顿力学是广义相对论在弱引力场和低速情况下的极限。 狭义相对论使我们认识到时间、空间是不可分割的，广义相对论又把时间，空间和物质联系在一起了。 4.6.3 广义相对论的实验验证 1. 水星近日点的进动 太阳 2. 星光在太阳引力场内的偏折 星的视位置 星的实际位置 月球 地球 太阳 3. 引力红移 红移 蓝移 引力场弱 引力场强 星球 时间较长 太阳 4. 雷达回波延迟 星球 时间较短 本章小结 1. 狭义相对论的基本假设 2. 洛伦兹变换 (1) 相对性原理: 物理定律在所有惯性系中具有相同的形式。 (2) 光速不变原理: 时空坐标变换 速度变换 在所有惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值c。 3. 狭义相对论的时空观 (1) 同时性的相对性 (2) 时间膨胀 (3) 长度收缩 4. 狭义相对论的动力学基础 (1) 相对论质量 (2) 相对论动量 在一惯性系中同时而不同地发生的事件，在另一惯性系中必不同时。 (3) 相对论能量 (4) 相对论动力学基本方程： (5) 相对论动力学能量守恒： 总能量: 静止能量: 相对论动能