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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
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