理學(xué)相對論動力學(xué)基礎(chǔ)

1.牛頓定律與光速極限的矛盾C物體在恒力作用下的運動經(jīng)典力學(xué)中物體的質(zhì)量與運動無關(guān)3-1牛頓力學(xué)的局限2.考夫曼實驗(1901)按經(jīng)典力學(xué)p/m0v不隨速成率變化， 實驗結(jié)果表明，對高能粒子而言，p/m0v隨粒子運動速率接近光速成而迅速增大。質(zhì)量m隨運動速率 增大而增大.經(jīng)典的質(zhì)量和動量定義在高速運動的情況下必須修正3-2相對論基本方程1.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).狹義相對性原理（對稱性思想）的要求(2).對應(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，并在極限條件下回到舊理論。即：相對論力學(xué)定律經(jīng)典力學(xué)定律相對論力學(xué)量經(jīng)典力學(xué)量思路:重新定義質(zhì)量、動量、能量，使相應(yīng)的守恒定律在相對論力學(xué)中仍然成立。2、質(zhì)量概念的修正設(shè)在相對論中，質(zhì)量與時間、長度一樣，與慣性系的選擇有關(guān)。靜系中：動系中：得質(zhì)速關(guān)系：滿足對應(yīng)原理要求1.0練習(xí)：如果物體以小于一百多km/s速率運動，其質(zhì)量在10－6的精度內(nèi)不變。雖然在低速下是一個非常小的效應(yīng)，但要求我們的觀念發(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。3.相對論力學(xué)的基本方程討論：（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相同；滿足對應(yīng)原理，回到牛頓第二定律。所以光速C為物體的極限速度.(4)3-3.質(zhì)能關(guān)系將質(zhì)速關(guān)系按冪級數(shù)展開，得兩邊同乘以得相對論動能定義:總能量靜能量質(zhì)能關(guān)系“就一個粒子來說,如果由于自身內(nèi)部的過程使它的能量減少了,它靜質(zhì)量也將相應(yīng)地減少.”“用那些所含能量是高度可變的物體(比如鐳鹽)來驗證這個理論,不是不可能成功的.”----愛因斯坦相對論質(zhì)能關(guān)系曲線與經(jīng)典關(guān)系的比較實驗驗證：核嬗變：由參加反應(yīng)各原子質(zhì)量，反應(yīng)前后能量損失計算出的光速與實驗值相符。正負(fù)電子對湮滅：由質(zhì)能關(guān)系計算出的輻射波長與實驗值相符。質(zhì)能關(guān)系的意義：(1)質(zhì)量概念進(jìn)一步深化

相對論總能E

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，沒有脫離質(zhì)量的能量，也沒有無能量的質(zhì)量。無論物質(zhì)如何運動，二者只由常數(shù)c2

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。

愛因斯坦認(rèn)為（1905）

懶惰性

慣性(inertia)活潑性

能量(energy)

物體的懶惰性就是物體活潑性的度量

.(3）質(zhì)能關(guān)系是人類打開核能寶庫的鑰匙。裂變：重核分裂為中等質(zhì)量的核聚變：輕核聚合為中等質(zhì)量的核質(zhì)量虧損，釋放結(jié)合能應(yīng)用：原子彈、氫彈、核電站……安全、清潔、經(jīng)濟(jì)的能源。秦山第二核電站鳥瞰我國核電站：大亞灣，秦山一期、二期、三期，嶺澳…正建設(shè)先進(jìn)的高溫氣冷堆示范電站

對人本身及其命運的關(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。絕對不要迷失在你的圖形和方程式中。

－－－愛因斯坦廣島：1945年8月3-4、能量與動量的關(guān)系1.相對論動量2.能量與動量的關(guān)系由消去得于是得：當(dāng)時

討論：滿足對應(yīng)原理小結(jié)：相對論動力學(xué)的三個主要關(guān)系質(zhì)速關(guān)系：能量與動量的關(guān)系：質(zhì)能關(guān)系：動能總能靜能討論與練習(xí)1.用相對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動的微觀粒子，其靜止質(zhì)量必為零。光子的質(zhì)量：又由可知3）光子的動量太陽產(chǎn)生光壓問題：合成粒子的靜止質(zhì)量是嗎？2.一個靜質(zhì)量為的粒子，以的速率運動，并與靜質(zhì)量為的靜止粒子發(fā)生對心碰撞以后粘在一起，求合成粒子的靜止質(zhì)量。v=0.8c3m0m（v）M（u）u＝？思路：動量守恒能量守恒M（u）＝？u＝？M0＝？非彈性碰撞，為什么能量守恒？－－總能守恒由于代入（2）式得解：設(shè)合成粒子的運動質(zhì)量為M，速率為u

，由動量守恒和能量守恒：再代入（1）式得又由得解：（1）由題意可得

3.在什么速度下，粒子的動量等于其非相對論動量的兩倍？又在什么速度下，粒子的動能等于其非相對論動能的兩倍？（2）由題意可得對不對？不對！（2）由題意于是得解：由題意可得4.已知：一個電子的靜能為，經(jīng)同步加速器加速后，能量增量為，求：該電子質(zhì)量與其靜質(zhì)量之比。觀察者甲以0.8c速率相對于觀察者乙運動，甲攜帶長L，截面積S，質(zhì)量