[2018年必威体育精装版整理]3-3相对论动力学基础.ppt

2. 考夫曼实验(1901) 按经典力学p/m0v不随速成率变化， 实验结果表明，对高能粒子而言，p/m0v随粒子运动速率接近光速成而迅速增大。 质量m随运动速率 增大而增大. 经典的质量和动量定义在高速运动的情况下必须修正 3-3 相对论动力学 第三讲 狭义相对论动力学基础 3-1 牛顿力学的局限 3-2 相对论基本方程 3-3 质能关系 3-4能量与动量的关系 1. 牛顿定律与光速极限的矛盾 C 物体在恒力作用下的运动 经典力学中物体的质量与运动无关 3-1 牛顿力学的局限 3-2 相对论基本方程 1.改造经典力学的两条原则 改造后的力学定律必须是洛仑兹变换的不变式. (1).狭义相对性原理（对称性思想）的要求 (2).对应原理的要求 新理论应该包容那些在一定范围内已被证明是正确 的旧理论，并在极限条件下回到旧理论。 即： 相对论力学定律 经典力学定律 相对论力学量 经典力学量 思路:重新定义质量、动量、能量，使相应的守恒定律在相对论力学中仍然成立。 2、质量概念的修正 设在相对论中，质量与时间、长度一样，与惯性系的选择有关。 静系中： 动系中： 得质速关系： 满足对应原理要求 1.0 练习： 如果物体以小于一百多km/s速率运动，其质量在10－6的精度内不变。 虽然在低速下是一个非常小的效应，但要求我们的观念发生深刻的变化。 物体质量并不恒定，它随速率增大而增大。 3. 相对论力学的基本方程 讨论： （1）力既可以改变物体的速度，也可改变物体的质量 (2）力与加速度 的方向一般不会相同； 满足对应原理，回到牛顿第二定律。 所以光速 C 为物体的极限速度. (4) 3-3.质能关系 将质速关系按幂级数展开，得 两边同乘以 得 相对论动能 定义: 总能量 静能量 质能关系 “就一个粒子来说,如果由于自身内部的过程使它的能量减少了,它静质量也将相应地减少.” “用那些所含能量是高度可变的物体(比如镭盐)来验证这个理论,不是不可能成功的.”----爱因斯坦 相对论质能关系曲线与经典关系的比较 实验验证： 核嬗变：由参加反应各原子质量，反应前后能量损失计算出的光速与实验值相符。 正负电子对湮灭：由质能关系计算出的辐射波长与实验值相符。 质能关系的意义： (1) 质量概念进一步深化 相对论总能E 包含了物体的全部能量（机械能、电磁能、原子能等），解决了经典物理未能解决的物体总能问题； 质量是约束能量的形式，是能量的载体。质量、能量不可分割，没有脱离质量的能量，也没有无能量的质量。无论物质如何运动，二者只由常数c2 相联系。 2）质能关系统一了质量守恒定律和能量守恒定律。 爱因斯坦认为（1905） 懒惰性 惯性 ( inertia ) 活泼性 能量 ( energy ) 物体的懒惰性就 是物体活泼性的度量 . (3）质能关系是人类打开核能宝库的钥匙。 裂变：重核分裂为中等 质量的核 聚变：轻核聚合为中等 质量的核 质量亏损，释放结合能 应用：原子弹、氢弹、 核电站 …… 安全、清洁、经济的能源。 秦山第二核电站鸟瞰 我国核电站：大亚湾，秦山一期、二期、三期，岭澳…正建设先进的高温气冷堆示范电站 对人本身及其命运的关心，必须永远成为一切技术努力的主要兴趣所在……以使我们心灵的创造成为人类的幸事而不是灾祸。绝对不要迷失在你的图形和方程式中。 －－－爱因斯坦 广岛：1945年8月 3-4、能量与动量的关系 1.相对论动量 2.能量与动量的关系 由 消去 得 于是 得： 当 时 讨论： 满足对应原理 小结：相对论动力学的三个主要关系 质速关系： 能量与动量的关系： 质能关系： 动能 总能 静能 讨论与练习 1. 用相对论讨论光子的基本属性 1）光子的能量 2）光子的质量 由 可知 一切以光速运动的微观粒子，其静止质量必为零。 光子的质量： 又由 可知 3）光子的动量 太阳产生光压 问题：合成粒子的静止质量是 吗？ 2.一个静质量为 的粒子，以 的速率运动，并与静质量为 的静止粒子发生对心碰撞以后粘在一起，求合成粒子的静止质量。 v=0.8c 3m0 m（v） M（u） u＝？ 思路： 动量守恒 能量守恒 M（u）＝？ u＝？ M0＝？ 非弹性碰撞，为什么能量守恒？－－总能守恒 由于 代入（2）式得 解： 设合成粒子的运动质量为M ，速率为u ， 由动量守恒和能量守恒：