[理学]大学物理上 ch08-4 狭义相对论动力学基础.ppt

* ? 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 同学们好！ 下次课交作业! 内容回顾 （1）时间量度的相对性：原时、观测时间（非原时）、时间膨胀 事件的事件间隔 （2）空间量度的相对性：原长、观测长度（非原长）、尺缩效应 事件发生的空间间隔 原长 0 观测长度（非原长） 0 原时 非原时 在一切时间测量中，原时最短！ 在一切长度测量中原长最长！ 不同惯性系中观察者时空观念的关联 注意： 系 系 事件 事件空 间间隔 事件时 间间隔 变换 例4.一宇宙飞船的船身固有长度为 ， 相对地面以 的匀速率在一观测站的 上空飞过。 （1）观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ （2）宇航员测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？ （2）宇航员测得飞船船身通过观测站的时间间隔 解： （1）由相对论效应，观测站测出船身的长度为 观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔 思考:有无其它解法？ §8.4 狭义相对论动力学基础 一.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，并在极限条件下过渡到旧理论。 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。 二、质量速关系 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： 理想实验：全同粒子的完全非弹性碰撞 相对于A静止的 系 相对于B静止的 系 在两坐标系中，粒子系统质量守恒、动量守恒。 固结于粒子A的 系 固结于粒子B的 系 质量守恒 动量守恒 解得： 代入洛仑兹速度变换： 得质速关系： 满足对应原理的要求： 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。 练习： 虽然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。因此物体不能被无限加速. 三.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 质能关系的意义： 2）质能关系统一了质量守恒定律和能量守恒定律。 在经典物理中二者互相独立，在相对论中二者关联，平行进行。在孤立系统内， 静质量 动质量 静能 动能 总质量、总能量不变 1）质量概念进一步深化 相对论总能 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 相联系。 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 …… 目前： 全世界运行核电机组：450多座总装机容量：3.5亿千瓦；占发电量：17％ 法国核电占总发电量70% 我国核电占总发电量1%，计划2020年达到5%以上 目前世界最大的核电站日本福岛核电站 广岛：1945年8月，投下的原子弹释放出1.2万吨当量的核能，当场死亡14万人，5千米跨度的城市化为废墟。到1950年，总死亡人数20万人，占广岛总人数50％。 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 1948年4月28日，爱因斯坦在接受一个世界奖时发表讲话，对军备竞赛的危险提出警告。 四、能量与动量的关系 1.相对论动量 2.能量与动量的关系 当 时 讨论 满足对应原理 五.相对论动力学基本方程 从相对论角度审视经典力学的基本定律： 1.惯性定律保持不变，在相对论中成立。 2.牛顿第二定律 相对论动力学基本方程 得： 注意动量与速度v的关系，不再是线性关系。 当vc时，相对论动量与经典动量一致。 讨论： （1）力既可以改变物体的速度，