相对论动力学基础课件

一一.质量与速度的关系质量与速度的关系1.质量的表达式质量的表达式 猜想形式？猜想形式？力持续作用力持续作用速度持续增大速度持续增大但但v的上限是的上限是 c要求：要求：m 随速率增大而增大随速率增大而增大下面来推导其具体表达式。下面来推导其具体表达式。狭义相对论动力学基础狭义相对论动力学基础在两个惯性系中考查两个全同粒子的完全非弹性碰撞过程在两个惯性系中考查两个全同粒子的完全非弹性碰撞过程m(u)ZABuSM()m0XYuuM()m(u)m0AB 由于由于所以所以m0物体的物体的静止质量静止质量。m相对于观相对于观察者以速度察者以速度u运运动时的质量。动时的质量。相对论质量相对论质量质速关系式质速关系式质速关系式质速关系式12340.20.41.000.60.8(2)质速曲线质速曲线当当v=0.1 cm 增加增加 0.5%(3)光速是物体运动的极限速度光速是物体运动的极限速度讨论讨论(1)当当v c 时，时，0,m=m0当当v=0.866 c当当v c当当v=c2.相对论动量相对论动量可以证明，该公式保证动量可以证明，该公式保证动量守恒定律在洛伦兹变换下，守恒定律在洛伦兹变换下，对任何惯性系都保持不变性对任何惯性系都保持不变性相对论动力学方程相对论动力学方程二、二、质量和能量的关系质量和能量的关系 设想质点由静止开始通过力作功，使动能增加。设想质点由静止开始通过力作功，使动能增加。动能动能相对论能量相对论能量运动时的能量运动时的能量静止时的能量静止时的能量除动能以外的能量除动能以外的能量任何宏观静止的物体具有能量任何宏观静止的物体具有能量相对论质量是能量的量度相对论质量是能量的量度讨论讨论爱因斯坦质能关系爱因斯坦质能关系 物质具有质量，必然同时具有相应的能量；如果物质具有质量，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，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。相应的变化。物理意义物理意义 质量的增加和能量的增加相联系，质量的增加和能量的增加相联系，能量的改变必然导致质量的相应变化，能量的改变必然导致质量的相应变化，这是相对论的又一极其重要的推论这是相对论的又一极其重要的推论.相对论的质能关系为开创原子能时相对论的质能关系为开创原子能时代提供了理论基础代提供了理论基础,这是一个具有划时这是一个具有划时代意义的理论公式代意义的理论公式.质能公式在原子核裂变和聚变中的应用质能公式在原子核裂变和聚变中的应用质量亏损质量亏损原子质量单位原子质量单位 放出的能量放出的能量1 1 核裂变核裂变1g 铀铀 235 的原子裂变释放的能量的原子裂变释放的能量原子弹爆炸（核裂变）原子弹爆炸（核裂变）我国于我国于 1958 年建成的首座重水反应堆年建成的首座重水反应堆秦山核电站秦山核电站全景图全景图在建的在建的阳江核电站阳江核电站效果图效果图在建的在建的江苏连云港江苏连云港田湾核电站田湾核电站2 轻核聚变轻核聚变释放能量释放能量质量亏损质量亏损 轻核聚变轻核聚变条件条件 温度达到温度达到 时，时，使使 具有具有 的动能，足以克服的动能，足以克服两两 之间的库仑排斥力之间的库仑排斥力.氘核氘核氦核氦核1967年年6月月17日，日，中国第一颗氢弹中国第一颗氢弹爆炸成功爆炸成功 三、三、动量与能量的关系动量与能量的关系光子光子又又质量质量动量动量基本基本方程方程静能静能动能动能总能（质能关系）总能（质能关系）动量与能量动量与能量的关系的关系 例、有一粒子静止质量为例、有一粒子静止质量为例、有一粒子静止质量为例、有一粒子静止质量为mm00，现以速度，现以速度，现以速度，现以速度v=0.8cv=0.8c运动，运动，运动，运动，有人在计算它的动能时，用了以下方法：有人在计算它的动能时，用了以下方法：有人在计算它的动能时，用了以下方法：有人在计算它的动能时，用了以下方法：首先计算粒子质量首先计算粒子质量首先计算粒子质量首先计算粒子质量再根据动能公式，有再根据动能公式，有再根据动能公式，有再根据动能公式，有你认为这样的计算正确吗？你认为这样的计算正确吗？你认为这样的计算正确吗？你认为这样的计算正确吗？用用 计算粒子动能是错误的。计算粒子动能是错误的。相对论动能公式为相对论动能公式为例例、在在什什么么速速度度下下粒粒子子的的动动能能等等于它的静止能量？于它的静止能量？例例、一一个个电电子子从从静静止止开开始始被被加加速速到到0.1c的的速速度度，需需要要对对它它做做多多少少功功？如如果果将将这这个个电电子子从从0.9c加加速速到到0.99c又需要做多少功又需要做多少功?例例、一一匀匀质质细细棒棒静静止止时时的的质质量量为为m0，长长度度为为l0，当当它它沿沿棒棒长长方方向向作作高高速速的的匀匀速速直直线线运运动动时时，测测得得它它的的长长度度为为l，则则该该棒棒以以此此速速度度运运动动时时所所具具有有的的动能为多少？动能为多少？例、一个立方体的静止质量为例、一个立方体的静止质量为m0，体积为，体积为V0，当它相对于某惯性，当它相对于某惯性系系S沿着一边长方向以速度沿着一边长方向以速度 匀速匀速运动时，静止在运动时，静止在S惯性系中的观察惯性系中的观察者测得该立方体的密度为多少？者测得该立方体的密度为多少？例例、某某一一宇宇宙宙射射线线中中的的介介子子的的动动能能为为 7m0c2,其其中中的的m0是是介介子子的的静静止止质质量量，求求在在实实验验室室中中观观察察到到它它的的寿寿命命是是它它的的固有寿命的多少倍？固有寿命的多少倍？例、设快速运动的介子的能量为例、设快速运动的介子的能量为3000Mev,而这种介子的静止能量为而这种介子的静止能量为100Mev，若这，若这种介子的固有寿命为种介子的固有寿命为2 10-6s，求它的运，求它的运动距离。动距离。