1、 對(duì)人本身及其命運(yùn)的關(guān)心，必須永遠(yuǎn)成為一切技術(shù)努力的主要興趣所在以使我們心靈的創(chuàng)造成為人類的幸事而不是災(zāi)禍。絕對(duì)不要迷失在你的圖形和方程式中。 愛(ài)因斯坦同學(xué)們好！18.4 狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一.改造經(jīng)典力學(xué)的兩條原則改造后的力學(xué)定律必須是洛侖茲變換的不變式.1.狹義相對(duì)性原理（對(duì)稱性思想）的要求2.對(duì)應(yīng)原理的要求新理論應(yīng)該包容那些在一定范圍內(nèi)已被證明是正確的舊理論，并在極限條件下過(guò)渡到舊理論。即：相對(duì)論力學(xué)定律 經(jīng)典力學(xué)定律相對(duì)論力學(xué)量 經(jīng)典力學(xué)量思路：重新定義質(zhì)量、動(dòng)量、能量，使相應(yīng)的守恒定律在相對(duì)論力學(xué)中仍然成立。2二、質(zhì)量概念的修正質(zhì)速關(guān)系 設(shè)在相對(duì)論中，質(zhì)量與時(shí)間、長(zhǎng)度一樣，與慣性系

2、的選擇有關(guān)。靜系中：動(dòng)系中：理想實(shí)驗(yàn)：全同粒子的完全非彈性碰撞固結(jié)于粒子A的 系固結(jié)于粒子B的 系3在兩坐標(biāo)系中，粒子系統(tǒng)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒。固結(jié)于粒子A的 系固結(jié)于粒子B的 系質(zhì)量守恒動(dòng)量守恒解得：4代入洛侖茲速度變換：得質(zhì)速關(guān)系：滿足對(duì)應(yīng)原理的要求：51.0實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（質(zhì)譜儀）：測(cè)高速電子的荷質(zhì)比由經(jīng)典理論：6由相對(duì)論理論：考夫曼實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電子質(zhì)量隨速度變化7質(zhì)速關(guān)系理論與實(shí)驗(yàn)曲線比較：現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中，電子可以被加速到與光速之差只有300億分之一，相應(yīng) ，質(zhì)速關(guān)系仍與實(shí)驗(yàn)相符。1.08如果物體以小于一百多km/s速率運(yùn)動(dòng)，其質(zhì)量在106的精度內(nèi)不變。練習(xí)：雖然低速下是一個(gè)非常小的效應(yīng)，但要求我們

3、的觀念發(fā)生深刻的變化。物體質(zhì)量并不恒定，它隨速率增大而增大。9三.質(zhì)能關(guān)系將質(zhì)速關(guān)系按冪級(jí)數(shù)展開(kāi)，得兩邊同乘以 得相對(duì)論動(dòng)能定義:總能量靜能量質(zhì)能關(guān)系10質(zhì)能關(guān)系的意義：1）質(zhì)量概念進(jìn)一步深化 相對(duì)論總能 包含了物體的全部能量（機(jī)械能、電磁能、原子能等），解決了經(jīng)典物理未能解決的物體總能問(wèn)題； 質(zhì)量是約束能量的形式，是能量的載體。質(zhì)量、能量不可分割，沒(méi)有脫離質(zhì)量的能量，也沒(méi)有無(wú)能量的質(zhì)量。無(wú)論物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)，二者只由常數(shù) 相聯(lián)系。2）質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律。 在經(jīng)典物理中二者互相獨(dú)立，在相對(duì)論中二者關(guān)聯(lián)，平行進(jìn)行。在孤立系統(tǒng)內(nèi)，靜質(zhì)量動(dòng)質(zhì)量靜能動(dòng)能總質(zhì)量、總能量不變111896

4、年 Becquerel 發(fā)現(xiàn)鈾的天然放射性1905年 Einstein 創(chuàng)立狹義相對(duì)論，得1911年 Rutherford 提出原子的有核模型1925年 量子力學(xué)建立1932年 建立原子核的 質(zhì)子中子 模型1933年 發(fā)現(xiàn)人工放射性1945年 實(shí)現(xiàn)核裂變?cè)訌?952年 實(shí)現(xiàn)核聚變氫彈1954年 建立第一座核電站（安全、清潔、經(jīng)濟(jì)的能源）3）質(zhì)能關(guān)系是人類打開(kāi)核能寶庫(kù)的鑰匙。12廣島：1945年8月，投下的原子彈釋放出1.2萬(wàn)噸當(dāng)量的核能，當(dāng)場(chǎng)死亡14萬(wàn)人，5千米跨度的城市化為廢墟。到1950年，總死亡人數(shù)20萬(wàn)人，占廣島總?cè)藬?shù)50。13 對(duì)人本身及其命運(yùn)的關(guān)心，必須永遠(yuǎn)成為一切技術(shù)努力的主要

5、興趣所在以使我們心靈的創(chuàng)造成為人類的幸事而不是災(zāi)禍。絕對(duì)不要迷失在你的圖形和方程式中。 愛(ài)因斯坦1948年4月28日，愛(ài)因斯坦在接受一個(gè)世界獎(jiǎng)時(shí)發(fā)表講話，對(duì)軍備競(jìng)賽的危險(xiǎn)提出警告。14四、能量與動(dòng)量的關(guān)系于是1.相對(duì)論動(dòng)量2.能量與動(dòng)量的關(guān)系由消去 得15當(dāng) 時(shí) 討論滿足對(duì)應(yīng)原理16 五.相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基本方程從相對(duì)論角度審視經(jīng)典力學(xué)的基本定律：1.慣性定律保持不變，在相對(duì)論中成立。2.牛頓第二定律相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基本方程得：注意動(dòng)量與速度v的關(guān)系，不再是線性關(guān)系。當(dāng)vc時(shí)，相對(duì)論動(dòng)量與經(jīng)典動(dòng)量一致。17討論：（1）力既可以改變物體的速度，也可改變物體的質(zhì)量（2）力與加速度 的方向一般不會(huì)相同；滿足

6、對(duì)應(yīng)原理18相對(duì)論力的變換式（教材188頁(yè)）193.確立“場(chǎng)”的實(shí)在地位，牛頓第三定律失去意義，牛頓第三定律建立在超距作用和絕對(duì)時(shí)空觀基礎(chǔ)之上，而相對(duì)論認(rèn)為場(chǎng)是傳遞相互作用的媒介，是物質(zhì)存在的形式：牛頓第三定律被動(dòng)量、角動(dòng)量守恒定律取代。粒子粒子場(chǎng)小結(jié)：相對(duì)論動(dòng)力學(xué)的三個(gè)主要關(guān)系質(zhì)速關(guān)系能量與動(dòng)量的關(guān)系質(zhì)能關(guān)系動(dòng)能總能靜能20練習(xí)1用相對(duì)論討論光子的基本屬性1.光子的能量2.光子的質(zhì)量由可知一切以光速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子，其靜止質(zhì)量必為零。即：光子在任何參考系中均以光速運(yùn)動(dòng)，找不到與光子相對(duì)靜止的參考系。21光子的質(zhì)量又由可知3.光子的動(dòng)量太陽(yáng)輻射能流產(chǎn)生光壓例如22 一個(gè)靜質(zhì)量為 的粒子，以 的速

7、率運(yùn)動(dòng)，并與靜質(zhì)量為 的靜止粒子發(fā)生對(duì)心碰撞以后粘在一起，求合成粒子的靜止質(zhì)量。練習(xí)2問(wèn)題：合成粒子的靜止質(zhì)量是 嗎？v=0.8c3m0m（v）M（u）u？思路：動(dòng)量守恒能量守恒M（u）？u？M0？非彈性碰撞，為什么能量守恒？總能守恒23由于代入（2）式得解：設(shè)合成粒子的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為 ，速率為 ，由動(dòng)量守恒和能量守恒：24再代入（1）式得又由得25解：（1）由題意可得 在什么速度下，粒子的動(dòng)量等于其非相對(duì)論動(dòng)量的兩倍？又在什么速度下，粒子的動(dòng)能等于其非相對(duì)論動(dòng)能的兩倍？練習(xí)326（2）由題意可得對(duì)不對(duì)？不對(duì)！27（2）由題意于是得28 觀察者甲以 0.8c 速率相對(duì)于觀察者乙運(yùn)動(dòng)，甲攜帶長(zhǎng) L，

8、截面積 S，質(zhì)量為 m 的棒，棒沿運(yùn)動(dòng)方向安放，求乙和甲測(cè)定的棒的密度之比。練習(xí)4解：棒相對(duì)于甲靜止，甲測(cè)定的密度為： 棒相對(duì)于乙運(yùn)動(dòng)，設(shè)乙測(cè)定的 質(zhì)量為 m，長(zhǎng)度為 L，截面積為 S，有：乙測(cè)定的密度為：298.6 狹義相對(duì)論的意義和局限一.相對(duì)論把對(duì)稱性思想提高到作為構(gòu)建物理理論的出發(fā)點(diǎn)的高度1.表面的相對(duì)性蘊(yùn)藏著內(nèi)在的絕對(duì)性：長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量等的相對(duì)性來(lái)自具有絕對(duì)性的基本原理：物理定律的數(shù)學(xué)形式真空中的光速不隨參考系變化力學(xué)相對(duì)性原理狹義相對(duì)性原理廣義相對(duì)性原理力學(xué)定律的數(shù)學(xué)形式不隨慣性系變化物理定律的數(shù)學(xué)形式不隨參考系變化物理定律的數(shù)學(xué)形式不隨慣性系變化對(duì)稱性擴(kuò)展302.相對(duì)論把對(duì)稱性

9、思想提高到作為構(gòu)建物理理論的出發(fā)點(diǎn)的高度 愛(ài)因斯坦把方法倒了過(guò)來(lái)，他不是從已知的方程組出發(fā)去證明協(xié)變性是存在的，而是把協(xié)變性應(yīng)當(dāng)存在這一點(diǎn)作為假設(shè)提出來(lái)，并且用它演繹出方程組應(yīng)有的形式。 洛侖茲（荷.18531928 ）愛(ài)因斯坦式的工作程序：科學(xué)觀念原理邏輯結(jié)論和可觀測(cè)事實(shí)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)314.相對(duì)論不變性成為約束其它理論的原則之一，用以排除、改造不符合相對(duì)性原理的規(guī)律。3.揭示出一些物理量的關(guān)聯(lián)，建立起新的不變量，更深刻地反映了自然界的對(duì)稱性。四維時(shí)空，質(zhì)能關(guān)系，能量、動(dòng)量關(guān)系 二.相對(duì)論改變了人類的觀念和生活1.宇宙觀的發(fā)展地球是宇宙的中心地球（太陽(yáng)系、銀河系）是宇宙中特別優(yōu)越的慣性系一切慣性系

10、等價(jià)，宇宙無(wú)中心，取消地球的特殊地位一切參考系等價(jià)322.時(shí)空觀、物質(zhì)觀的深化人類以嶄新觀念探討人與宇宙的關(guān)系，建立人與自然和諧發(fā)展的新自然觀弱引力低速狹義相對(duì)論時(shí)空觀絕對(duì)時(shí)空觀廣義相對(duì)論時(shí)空觀物質(zhì)觀的深化： 質(zhì)量是約束能量的形式，是能量的載體。無(wú)論物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)，二者只由常數(shù) 相聯(lián)系。 確定了“場(chǎng)”的實(shí)在地位，場(chǎng)是物質(zhì)存在的基本形式之一。33人們用于描述客體屬性的概念并不完全是客體自身的實(shí)在性質(zhì)，而是反映了客體與觀察者的某種關(guān)系，均要受到人類認(rèn)識(shí)手段和思維方式的限制，人類對(duì)自然的探索是永無(wú)止境的。3.科學(xué)觀的革新 自從廣義相對(duì)論出現(xiàn)以來(lái)，不能再把空間時(shí)間看做舞臺(tái)，把物質(zhì)看做演員；兩者的性質(zhì)如此密切相關(guān)，人們幾乎可以把它們稱作同一種事物的不同名稱。薛定諤3