狹義相對論動力學(xué)_第1頁
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文檔簡介

1設(shè)在S系中沿x方向由伽里略速度變換得故可見,在S'系中動量也守恒。如果用洛侖茲變換S'系中動量不再守恒?!再比如動量守恒定律2

動量守恒定律和能量守恒定律應(yīng)該是自然界的普遍規(guī)律。這就需要尋找一種與狹義相對論一致的新的動力學(xué)規(guī)律,這種新的動力學(xué)規(guī)律應(yīng)該滿足:(1)它們的定律表達式在洛侖茲變換下應(yīng)保持不變,從而能夠正確地描述高速運動的規(guī)律;(2)當(dāng)速度v<<c

時,還要能夠很自然地過渡到經(jīng)典力學(xué);(3)相對論中仍然要保留那些質(zhì)量守恒、動量守恒及能量守恒等具有普遍意義的基本思想。3

在牛頓力學(xué)中,我們已經(jīng)定義為粒子的動量。在相對論中保留物體的動量的定義,但應(yīng)放棄質(zhì)量與速度無關(guān)的觀念。一、相對論質(zhì)速關(guān)系m─粒子以速率v運動時的質(zhì)量(運動質(zhì)量)m0─粒子靜止時的質(zhì)量(靜止質(zhì)量)

相對論力學(xué):質(zhì)量與速度有關(guān)。(否則動量守恒定律不能在洛侖茲變換下保持形式不變)。相對論質(zhì)量:質(zhì)速關(guān)系式中v為粒子相對某一參照系的速率。當(dāng)時4明確幾點:

在不同慣性系中大小不同。1)物體質(zhì)量與速度有關(guān),物體相對于慣性系靜止時質(zhì)量最小。3)

v>c時,無論m0是否為0,公式中出現(xiàn)虛數(shù),m無意義。再一次真空中的光速是物體運動的極限速度。2)低速物體質(zhì)量不變。4)當(dāng)時,若m0≠0,則無意義。所以m0≠0的物體,其速率的最大值只能是接近c,而不能等于c。反之,如果物體的速度等于c,則這種物體的靜止質(zhì)量只能為0,比如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)m0=0的粒子有光子、中微子等。55)實驗證明質(zhì)速關(guān)系是正確的。比如,測量電子質(zhì)量的試驗。讓電子在加速器中加速,測電子的荷質(zhì)比e/m發(fā)現(xiàn)該值隨速度增大而減小。vc00.20.40.60.81.01108246m0m6)相對論的動量:此時,動量守恒定律在洛侖茲變換下形式保持不變。6在相對論力學(xué)中仍用動量變化率定義質(zhì)點受到的作用力,即:注意:質(zhì)量隨速度變化。力與加速度方向可以不同。

在經(jīng)典力學(xué)中,人們認為質(zhì)量是始終保持不變的恒量。二、狹義相對論力學(xué)的基本方程7牛頓力學(xué)中:平動動能:

相對論力學(xué):仍用力對粒子做功計算粒子動能的增量,并用EK表示粒子速率為v時的動能,即:三、相對論動能8將兩邊求微分:即:m為相對論質(zhì)量,m0為靜止質(zhì)量。相對論的動能公式:

當(dāng)時,9為粒子以速率v運動時的總能量物體作為一個整體作機械運動而具有的能量(平動的能量);將改寫為:為粒子靜止時所具有的能量相對論的動能公式:注意:相對論中的動能與牛頓力學(xué)中的動能在形式上完全不同!四、靜能、總能量和質(zhì)能關(guān)系宏觀靜止物體的靜能包括:物體內(nèi)部各粒子的運動及其相互作用的能量。10相對論質(zhì)能關(guān)系:

質(zhì)能關(guān)系預(yù)言:物質(zhì)的質(zhì)量就是能量的一種儲藏。Emc2Emc2ss物體的總能量若發(fā)生變化,必將伴隨相應(yīng)的質(zhì)量變化,反之亦然,即:質(zhì)能關(guān)系說明了質(zhì)量和能量是統(tǒng)一的,不可分割。

物體在靜止時仍有數(shù)量極大的能量,能量并不短缺,短缺的是使物體釋放能量的技術(shù)。

相對論的質(zhì)能關(guān)系為開創(chuàng)原子能時代提供了理論基礎(chǔ),這是一個具有劃時代的意義的理論公式。對于孤立系統(tǒng),總能量守恒和總質(zhì)量守恒是統(tǒng)一的。11電子的靜質(zhì)量

電子的靜能質(zhì)子的靜能

相對論質(zhì)能關(guān)系

1千克的物體所包含的靜能1千克汽油的燃燒值為焦耳。

靜能

:物體靜止時所具有的能量.質(zhì)子的靜質(zhì)量

12核反應(yīng)中:反應(yīng)前:反應(yīng)后:靜質(zhì)量m01總動能EK1

靜質(zhì)量m02總動能EK2能量守恒:因此:核反應(yīng)中釋放的能量相應(yīng)于一定的質(zhì)量虧損。總靜止質(zhì)量的減小質(zhì)量虧損總動能增量

對于孤立系統(tǒng),總能量和總質(zhì)量是守恒的。但是系統(tǒng)的動能和靜能可以相互轉(zhuǎn)換。靜能變了,則靜止質(zhì)量發(fā)生相應(yīng)的變化。靜止質(zhì)量的減少叫質(zhì)量虧損。13例:在一種熱核反應(yīng)中,各種粒子的靜質(zhì)量如下:

求:反應(yīng)釋放的能量。氘核氚核氦核中子反應(yīng)質(zhì)量虧損釋放能量1kg

核燃料釋放能量1

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