14-6相對論動(dòng)量和質(zhì)量14-7廣義相對論簡介,大學(xué)物理學(xué)電子教案,長江大學(xué)教學(xué)課件,狹義相對論的基本結(jié)論,復(fù)習(xí),14-6相對論動(dòng)量和質(zhì)量,一、動(dòng)量和速度的關(guān)系,1、相對論性動(dòng)量,動(dòng)量定義,2、相對論性質(zhì)量,靜質(zhì)量,當(dāng)時(shí),靜質(zhì)量：物體相對于慣性系靜止時(shí)的質(zhì)量.,當(dāng)時(shí),在不同慣性系中大小不同.,(1)質(zhì)量m和速率有關(guān)(相對于測量m所在的參考系的速度,不是參考系的相對速度u)。質(zhì)量和參考系的選擇有關(guān)。,(2)m,速度越大慣性就越大,越不易改變原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,(3)>c時(shí),m將為虛數(shù),無意義,c是一切物體速度的極限。(與洛侖茲變換所得結(jié)論一致),(4)對于光子,速度為c,而m又不可能為無限大,所以光子的靜止質(zhì)量m0=0,(5)如<<c,則mm0回到牛頓力學(xué)情況,符合“對應(yīng)原理”。,討論,二、狹義相對論力學(xué)的基本方程,狹義相對論力學(xué)的基本方程,1、相對論的力學(xué)方程,2、動(dòng)量守恒定律,當(dāng)時(shí),三、質(zhì)量與能量的關(guān)系,1、推導(dǎo),設(shè)一質(zhì)點(diǎn)在變力的作用下，由靜止開始沿x軸作一維運(yùn)動(dòng)。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的速度為v時(shí)，它所具有的動(dòng)能等于外力所作的功,當(dāng)v<<c時(shí),又回到了牛頓力學(xué)的動(dòng)能公式,2、經(jīng)典力學(xué)近似,3、能量公式,mc2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的總能量m0c2質(zhì)點(diǎn)靜止時(shí)所具有的靜能量即質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能是總能量與靜能量之差。,質(zhì)能關(guān)系,結(jié)論：一定的質(zhì)量相應(yīng)于一定的能量，二者的數(shù)值只相差一個(gè)恒定的因子c2。,能量守恒,質(zhì)量守恒,1),任何宏觀靜止的物體具有的能量內(nèi)部結(jié)構(gòu)各層次粒子的能量的總和。,靜止能包括物體內(nèi)各部分的相對運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和相互作用勢能,熱能分子動(dòng)能、勢能化學(xué)能使原子結(jié)合的能量電磁能使核和電子結(jié)合的能量結(jié)合能核子間的結(jié)合能以及各組成部分(電子、中子、質(zhì)子等)的靜止能1kg的物體E0=91016J1kg的汽油燃燒值=4.6107J(是E0的二十億分之一),內(nèi)涵:,2)E=mc2:統(tǒng)一了歷史上分別發(fā)現(xiàn)的能量守恒和質(zhì)量守恒這兩條獨(dú)立的自然規(guī)律。相對論性質(zhì)量可以認(rèn)為是能量的量度。粒子物理中常使用粒子質(zhì)量為Mev的說法。,重要意義：E=mc2為開創(chuàng)原子能時(shí)代提供了理論基礎(chǔ),被看作是具有劃時(shí)代意義的理論公式,已成為紀(jì)念愛因斯坦偉大功績的標(biāo)志。相對論為人類開辟了可謂取之不盡的新能源。,質(zhì)能關(guān)系預(yù)言：物質(zhì)的質(zhì)量就是能量的一種儲(chǔ)藏.,四、質(zhì)能公式在原子核裂變核聚變中的應(yīng)用,1、核裂變,有些重原子核能分裂成兩個(gè)較輕的核，同時(shí)釋放能量，這個(gè)過程稱為裂變。,生成物的總靜質(zhì)量比鈾-235的質(zhì)量要減少0.22u，因此一個(gè)鈾-235在裂變時(shí)釋放的能量為(1u=1.6610-27kg),由于氚核的質(zhì)量比鈾-235核的質(zhì)量小，所以就單位質(zhì)量而言，輕核聚變釋放的能量要比重核裂變時(shí)釋放的能量大得多。,鏈?zhǔn)椒磻?yīng),我國于1958年建成的首座重水反應(yīng)堆,2、輕核聚變,有些輕原子核結(jié)合在一起形成較大原子核，同時(shí)釋放能量，這個(gè)過程稱為聚變。,生成物的總靜質(zhì)量比兩個(gè)氚核的質(zhì)量要減少0.026u，因此兩個(gè)氚核在聚變時(shí)釋放的能量為,1kg這樣的核燃料釋放能量約為:3.351014J1kg優(yōu)質(zhì)煤燃燒熱為：2.93107J兩者相差107倍，即1kg核燃料1千萬公斤煤！,輕核聚變條件溫度要達(dá)到時(shí)，使具有的動(dòng)能，足以克服兩之間的庫侖排斥力.,鈾核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng),氙鍶,五、動(dòng)量和能量的關(guān)系,消去速度v,對于光子,例1設(shè)一質(zhì)子以速度運(yùn)動(dòng).求其總能量、動(dòng)能和動(dòng)量.,解質(zhì)子的靜能,也可如此計(jì)算,例2已知一個(gè)氚核和一個(gè)氘核可聚變成一氦核,并產(chǎn)生一個(gè)中子,試問這個(gè)核聚變中有多少能量被釋放出來.,解核聚變反應(yīng)式,氘核和氚核聚變?yōu)楹ず说倪^程中，靜能量減少了,小結(jié)：1、狹義相對論揭露了空間和時(shí)間之間，以及時(shí)空和運(yùn)動(dòng)物質(zhì)之間的深刻聯(lián)系，把牛頓力學(xué)中認(rèn)為互不相關(guān)的絕對空間和絕對時(shí)間，結(jié)合稱為一種統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的存在形式。2、與經(jīng)典力學(xué)相比較，狹義相對論更客觀、更真實(shí)地反映了自然的規(guī)律。狹義相對論已經(jīng)被大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)所證實(shí)，而且成為研究宇宙星體、粒子物理以及一系列工程物理等問題的基礎(chǔ)。3、在宏觀、低速物體的運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)仍然是十分精確的理論。4、狹義相對論仍然需要發(fā)展。,14-7廣義相對論簡介一、廣義相對論的等效原理一個(gè)物體在均勻引力場中的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)與此物體在加速參考系中的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)是不可區(qū)分的、等效的。二、廣義相對論時(shí)空特性的幾個(gè)例子1、引力場中光線的彎曲2、引力紅移3、黑洞,小結(jié),對于光子,作業(yè)大學(xué)物理習(xí)題集,練習(xí)二十三,