8 大学物理 相对论动力学.ppt

世界各国纪念爱因斯坦的邮票,18章相对论动力学,狭义相对论的两条基本原理,1）一切物理规律在任何惯性系中形式相同，既所有惯性系对一切物理定律等价。无法借助力学实验的手段确定惯性系自身的运动状态。--相对性原理2）光在真空中的传播速度与参考系无关，与发射体的运动状态无关，与观测者的运动无关，是一个常数。光速不变原理,复习,洛仑兹变换式,令,则,高速运动时物体的质量、动量、动能等力学概念及其满足的规律将如何,相对论性动量和能量,两条基本准则,1.物理规律在洛仑兹变换下形式是不变的；,2.在低速情况下，要回复到牛顿力学的形式。,如动量守恒∑mivi常数,牛顿力学中质量与速度无关。,动量定义,在相对论力学中，质量必须与速度有关，否则动量守恒定律不能在洛仑兹变换下保持形式不变。且与相对论运动学的结论相互矛盾,一、动量与速度的关系,速度v满足洛伦兹变换，但质量应如何,持续作用,,但的上限是c,质量为常数的矛盾,速度将趋于无限大,在相对论力学中仍用动量变化率定义质点受到的作用力，即,狭义相对论的动力学基本方程相当于经典力学的牛顿第二定律。,相对论性质量,相对论性动量,1）物体的质量与其运动状态有关,mv是物体的运动质量，m0是物体的静止质量；,2）v→c时，m→∞；vc时，m成为负数，无意义。所以光速是物体运动的极限速度。,3）vc时，mm0，质量与速度无关牛顿力学。,4）宏观物体一般v104m/s,此时m≈m0。,5）微观粒子速率可接近光速，如中子v0.98c时,相对论质速关系,2、1908年德国人布雪勒完成了质-－速关系的实验在真空管两电极之间加压，电子被加速，电子速率越高，加速越困难。,相对物体静止的观察者测得物体的质量为m0,相对物体运动的观察者测得同一物体的质量为mv。,二、相对论能量质能关系,（一）相对论动能,2、动能定理仍然成立作用于质点的合外力的功等于质点动能的增加。,1、力的功,3、相对论动能,设质点静止时的动能为零。,讨论一维运动,,相对论动能,若电子速度为,1）质点静止时的动能为零。,2）与经典动能形式完全不同.,例1质子加速器的加速电压为1GV，求质子所能达到的速度，这时质子的质量为其静止质量的多少倍m09.11x10-31kg.,解,经加速后质子的动能为1GeV.即,按经典理论,相对论能量,质点静止时的动能为零,所以爱因斯坦认为质点的总能量应为,质点的总能量等于其静能与动能之和,3质量与能量可以相互转化,4相对论把经典力学中动量守恒定律和能量守恒定律结合成统一的质能守恒定律。,例2两静止质量为m0的全同粒子以相同的速率相向运动，碰后复合在一起形成一个复合粒子。求复合粒子的速度和质量。,碰撞前后总能量守恒,,碰撞过程中损失的能量转换成复合粒子的静质量静能增加,解设复合粒子质量为M速度为碰撞过程，动量守恒,,,例3试计算太阳由于热核反应向外辐射能量造成的单位时间内的质量亏损。已知太阳的辐射功率为太阳的质量为1.5X1030Kg,解,太阳单位时间辐射的能量为,太阳在单位时间亏损的质量为,太阳在单位时间亏损的质量百分比为,（三）相对论的动量能量关系式,,相对论动量能量关系式,例4求光子的动量与质量,又,解,原子核分变1937年英国人查德威克，发现中子。费米发现中子容易钻到原子的心脏－－原子核里面去，就用中子对化学元素周期表中的诸元素挨个轰击，当轰击到92号铀元素时，铀被激活，变成原子序数增加1的新元素，成为神秘的93号元素。后来发现93号元素竟然是两个钡元素。铀核吸收一个中子后分裂为相等的两半，同时放出新的中子来，这就是核裂变。核分裂伴随着巨大的能量释放1942在芝加哥大学网球厅里40吨天然铀棒,385吨石墨砖交替堆砌起来体积为9x18x8的神秘物，当时为保密称为反应堆，1942。12。2核分裂链锁反应实现，但能量很小。,原子弹用高浓度裂变物质（纯铀）和复杂的引爆系统组成，裂变物质分成一小块一小块的，点燃雷管，利用炸药引爆，迅猛地把裂变物质压紧，瞬时形成无法控制的裂变链式反应，巨大的能量从坚固的弹壳中迸发出来。1945。8。6凌晨从太平洋提尼安岛起飞一架B-29轰炸机，机上载着“小男孩”，日本时间815广岛上空，投弹手弗雷比少校按动电钮。。。14万人死亡，18万人受伤。几天后是“胖子”光临长崎。。。,,1核裂变,重原子核分裂成两个较轻的核，同时释放出能量。例如铀原子,2核聚变,例5太阳向外辐射能量是由质子参与的一系列反映产生的，反应式为已知质子的静质量为mp1.672610-27kg，氦核的静质量为mHe6.642510-27kg，正电子的静质量为me910-31kg，试求（1）一次反应所放出的能量；（2）已知太阳的辐射功率为3.91026W，则每秒消耗多少个质子（3）已知太阳的总质量为1.51030kg，估算太阳的核反应还能进行多少年,解,（1）一次反应所放出的能量E0⊿mc2,（2）,（3）,作业18-1718-1818-19,预习4章再见,