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相对论.zq（北邮） 第三章 狭义相对论 3－1 伽利略变换 牛顿的绝对时空观 一、伽利略变换: 二、伽利略变换的困难： 三、 迈克尔孙－莫雷实验 3－2 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 二、洛仑兹变换： 3－3 相对论时空观 说明： 二、时间的延缓——运动时钟变慢 说明： 利用粒子的衰变可以检验时间膨胀效应 三、同时性的相对性 结论： 四、时序与因果律 五、 *洛仑兹速度变换式 §3－4 相对论动量和能量 3、相对论中的动能 4、静能、总能 5、质能关系式 原子弹爆炸（核裂变） 轻核聚变 注： 洛伦兹坐标变换是基础 定义 由洛伦兹 坐标变换 上面两式之比 将上式中u 以-u 代入可得： (S’ S) (S S’) 例：设想一飞船以0.80c 的速度在地球上空飞行 如果这时从飞船上沿速度方向发射一物体,物体相对飞船速度为0.90c .问：从地面上观测物体速度多大？ 解： 选飞船参考系为S系 地面参考系为S系 力与动量 质量的表达 由力的定义式有： 持续作用 持续 但 的上限是 c m 随速率增大而增大 与牛力形式相同 所以质量必须是 的形式 一.相对论质量 一、质量和速度的关系 1、动质量公式： 讨论 （1）m: 相对论质量。 m0: 静质量，物体相对于惯性系静止时的质量 . （2） v：物体相对于某一参照系的速度。 （3） 可认为质量与速度无关，等于其静质量。 相对论质量 说明质量与速度有关 . m 0 m 1 2 3 4 0.2 0.4 1.0 0 0.6 0.8 v c （4）以光速运动的粒子（如光子、中微子等），它们的静质量必为零。 2、动量公式： 天平秤理想实验 m0 m0 L0 L0 站在地面上的人观察，两边平衡。 与左臂相连的人观察，两边也应平衡。 设右臂相对于左臂运动的速度为u 则与左臂相连的人测得右臂的长度为 例题 ：静止质量m0半径R的薄园盘，如果 使该盘面沿直径方向以u = 0.6c 的速度相 对某观察者运动，则该观测者测得该园盘 的密度为多少？ 解： 物体的动能就是使物体从静止开始运动到速度为v时，合外力所作的功。 太不熟悉了 （出发点是动能定理） 讨论 静能： 总能： 动能： 运动时的能量 静止时的能量 静能包括：内部各结构层次的粒子的动能及 相互作用能。 可认为相对论质量是能量的量度 高能物理中 把能量按质量称呼 如说电子质量是 0.511MeV 实际是电子的静能 例 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 能量守恒 碰撞前两粒子的总能量全部转化为复合粒子的静能。 解：设复合粒子质量为M 速度为 碰撞前后，动量守恒 6、原子能的预言 Einstein指出：如果使粒子系统的静质量减少 ，它就会释放出 的巨大能量。 质量亏损：重核裂变和轻核聚变过程中，会发生静止质量减少的现象。 例2、试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一所释放出的能量，其聚变方程为 各种粒子的静止质量为： 氘核：m1=3.3437×10-27kg 氚核：m2=5.0049×10-27kg 氦核：m3=606425×10-27kg 中子：m4=1.6750×10-27kg 解：质量亏损为： 相应释放的能量为： 1kg这种核燃料所释放的能量为： 这相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的1千多万倍！ 释放能量 质量亏损 轻核聚变条件: 温度达到 时，使 具有 的动能，足以克服两 之间的库仑排斥力. 氘核 氦核 1967年6月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功 二、能量与动量 由质速关系： 两边同乘以c4，整理得： 存在“无质量”粒子的可能性。这些粒子具有动量、能量，但没有静质量（ ），即：E=cp 结论： 一个静质量为零的粒子，在任一惯性系中都只能以光速运动，永远不会停止。 对光子： 例：一电子以v=0.99c的速率运动，求： 1）电子的总能量。 2）电子的经典力学动能Ek 0 与相对论动能Ek之比。（me=9.1×10-31kg) 解： 1） 2） 例:原长为10m的飞船以u＝3×103m/s的速率相对于地面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？ 解： 差别很难测出。 例：一根直杆在S系中，其静止长度为l，与x轴的夹角为?。试求：在S系中的长度和它与x’轴的夹角。