[理学]3相对论力学光.ppt

二、爱因斯坦的狭义相对论基本原理 引力场与加速度系统等效性说明 判断:(1)可能密封舱在自由空间（无引力作用） 匀速直线运动所致。 假设在一个与外界隔绝的宇宙飞船中的密封舱内,宇航员放开手中小球, 结果小球浮在空中不动 自由空间 假想实验二 （2）可能密封舱在引力场中自由下落，小球受向下的引力和向上的惯性力,二力平衡。 a=g 惯性力 引力 地球 从S’系来研究： 依动量守恒 由速度变换： 由(1)(2)(3)式得: 质速关系 相对论质量 实验也证明 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发现。相对论问世以后再次由考夫曼、1909年由彼歇勒、1915年由盖伊拉范采由实验证实。 二、相对论动力学方程 恒力作用下，不会有恒定的加速度。 为质点的速度 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 三、 功与动能 动能定理应该是合理的 设质点从静止，通过力作功，使动能增加。 相对论动能 两边求微分: 由(1)、(2)式得 1) 合理否？ 2) 与经典动能形式完全不同 若电子速度为 讨论 说明将一个静质量不等于零的粒子加速到光速须作 无穷大的功.或者说实物粒子速度有一极限速度c. 四、相对论能量 爱因斯坦质能关系 物体相对论总能量 物体相对论静止能量 物体相对论动能 称为静质量 称为总质量 而将 称为动质量 相对论质量是能量的量度 物质具有质量，必然同时具有相应的能量；如果质量发生变化，则能量也伴随发生相应的变化，反之，如果物体的能量发生变化，那么它的质量一定会发生相应的变化。 说明： 1)静止能量实际上是物体的总内能 ---分子的动能、势能、原子的电磁能、质子中 子的结合能等。静止能量是相当可观的。 2)质能相互依存，且同增减 3)尽管质能互相依存，但在一个弧立系统内总 能量和总质量分别守恒（不是仅仅静质量守恒） 质能守恒定律 在一个孤立系统内，所有粒子的相对论动能与静能之和在相互作用过程中保持不变。 质量守恒定律 在一个孤立系统内，粒子在相互作用过程中相对论质量保持不变。 质量亏损 例1、美国斯坦福大学电子直线加速器对被加速电子作功21GeV，若在入口处电子初速度为0，则在加速器末端电子将获得多大速率（1eV=1.6×10-19J）？ 解：首先按经典力学进行估算，看是否需要考虑相对论效应，电子通过该加速器时，外力作功，电子动能增加，根据动能定理有 实际中有重大意义： 该速率已远超过光速，所以必须考虑相对论效应 电子速率仍小于光速 例2、试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一所释放的能量，其聚变反应为 各粒子的静止质量为氘核 氚核 ，氦核 ， 中子 ，求这一热核反应 中所释放出的能量。 解： 这一反应的质量亏损为 相应释放的能量为 1kg的这种燃料所释放的能量 这相当于 吨标准煤燃烧时所释放的热量 3、太阳单位时间内垂直射到地球大气层边缘单位面积上的能量为 ，已知太阳到地球的平均距离为 ，求每秒钟太阳因辐射失去的能量。 解： 五、动量与能量的关系 两边平方得 光子 又 凡质量都要受到引力的作用，有些物质如光子，其静质量为零，但具有动能，也就具有动质量，同样受到引力的作用，天文观察证明了这一点。如图从星星A发出的星光本应沿直线传播，但受太阳的引力作用而发生偏转。 曰 质量 动量 基本方程 静能 动能 总能（质能关系） 动量与能量的关系 六、洛沦兹不变量 四维平直空间 闵科夫斯基空间 四维闵科夫斯基时空是均匀的、各向同性的，该空间的一点描述一个事件。——世界点 四维矢量 1、世界点的位矢 位矢的长度 空间间隔的平方 2、世界点的位移 3、四维动量 四维动量模方 四维动量模方 是一个 洛仑兹不变量 四维位矢模方是洛仑兹不变量 空间间隔洛仑兹不变量 洛沦兹变换下的不变量 思考题1、两全同粒子以相同的速率相向运动，碰后复合求：复合粒子的速度和质量 由能量守恒 损失的能量转换成静能 解：设复合粒子质量为M 速度为 碰撞过程，动量守恒 思考题2、有一粒子静止质量为m0，现以速度u=0.8c运动， 有人在计算它的动能时，用了以下方法： 首先计算粒子质量 再根据动能公式，有 你认为这样的计算正确吗？ 用 计算粒子动能是错误的。 相对论动能公式为 狭义相对论的缺陷：?承认惯性系的特殊地位。