[理学]大学物理上 ch08-4 狭义相对论动力学基础.ppt

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[理学]大学物理上 ch08-4 狭义相对论动力学基础

* ? 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,

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