第章狹義相對論基礎(chǔ)課件

3）運(yùn)動的尺變短2）運(yùn)動的鐘變慢4）洛倫茲坐標(biāo)變換1）同時(shí)的相對性6）因果律不變小結(jié)：5）洛倫茲速度變換§14-4相對論的動力學(xué)1．經(jīng)典動力學(xué)及其局限性2．質(zhì)量與動量3．相對論力學(xué)方程（簡介）4.相對論的能量1．經(jīng)典動力學(xué)及其局限性1.1經(jīng)典動力學(xué)基本方程基本方程：動量守恒定律：機(jī)械能守恒定律：物理量的定義：質(zhì)量（m）：只取決于物體本身，與運(yùn)動無關(guān)動量（p）：動能（Ek）：1.2經(jīng)典動力學(xué)的局限性局限性：高速運(yùn)動時(shí)不能適用，不滿足相對性原理，即不滿足洛倫茲變換下的不變性。

改造經(jīng)典動力學(xué)：2）重修定義相關(guān)物理量，物理定律不變。1）改造物理定律，物理量的定義不變；基本出發(fā)點(diǎn)：1）基本規(guī)律在洛倫茲變換下形式不變；2）低速下回到牛頓力學(xué)方案：2．質(zhì)量與動量仍定義動量動量守恒在洛倫茲變換下保持不變兩個(gè)全同小球的完全非彈性碰撞兩個(gè)小球的孤立系統(tǒng)，動量守恒同時(shí)，慣性定律要求質(zhì)心保持勻速直線運(yùn)動v結(jié)論：孤立系統(tǒng)總質(zhì)量守恒?。∕為兩個(gè)小球粘合后總質(zhì)量）質(zhì)量m(v)

推導(dǎo)：（1）S系中B球靜止，質(zhì)量為m0（稱靜止質(zhì)量）A球運(yùn)動，質(zhì)量m（與速度v

有關(guān)，稱運(yùn)動質(zhì)量）碰撞后一起運(yùn)動:uxvvxx

OO

yy

uxxOy動量守恒（2）S’系中A球靜止，質(zhì)量為m0B球運(yùn)動，質(zhì)量m碰撞后一起運(yùn)動：ux’vvxx

OO

yy

動量守恒ux’x

y

O

因ux和ux’

為S及S’中對碰撞兩小球共同速度的描述動量守恒再考慮洛倫茲變換：——相對論質(zhì)量（質(zhì)速關(guān)系）（v

是運(yùn)動小球的速度大小)討論（5）相對論動量（1）由于空間的各向同性，質(zhì)量與速度方向無關(guān)（2）（3）v接近c(diǎn)

時(shí)，質(zhì)量增加明顯（4）只有在時(shí)才可能！Photon光子電子：v=0.98

c

時(shí)，3．相對論動力學(xué)（補(bǔ)充&簡介）式中及t

在同一慣性系——按照洛倫茲變換變化——按照關(guān)系式變化力：由得兩式聯(lián)立求得：加速度：=a討論與牛頓第二定律形式相同但（1）不僅取決于還取決于（2）若——驗(yàn)證相對論質(zhì)量例：分析垂直進(jìn)入均勻磁場中的帶電粒子運(yùn)動情況，假設(shè)磁感強(qiáng)度為××××××××××××××××分析：圓周運(yùn)動實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證m與v關(guān)系的理論基礎(chǔ)1909年，德國布歇勒（Bucherer）給出了質(zhì)量與速度的依賴關(guān)系，有力地支持了相對論。（3）對于一維運(yùn)動，所施加為一恒力，則：討論在運(yùn)動方向上，有:——粒子加速器的主要困難4.相對論的能量相對論動能：經(jīng)典力學(xué)中的動能定理應(yīng)該是成立的設(shè)計(jì)質(zhì)點(diǎn)從靜止開始（動能為零），在外力F

作用下，作一維運(yùn)動，動能增加由（1）討論（2）歐洲核子研究中心——正負(fù)電子對撞機(jī)

如CERN的LEP，單束電子能量為50GeV（1989年）提高至更換超導(dǎo)電磁鐵后，能量提高到100GeV，速度由相對論總能量：——與運(yùn)動有關(guān)的能量靜止時(shí)的能量總能量除動能以外的能量討論（1）限于動能的討論當(dāng)動能由0→Ek，物體質(zhì)量由

m0→m反之亦然！物體動能的變化必然伴隨著質(zhì)量的變化；質(zhì)量的變化必然也伴隨著動能的變化?。?）愛因斯坦對關(guān)系式推廣認(rèn)為：它不僅適用于動能，而且還適用于總能量注意：b)質(zhì)量變化為廣義的，包括任何形式的質(zhì)量變化當(dāng)一個(gè)物體（系統(tǒng)）能量發(fā)生變化時(shí)，必然伴隨著質(zhì)量的變化；任何形式的質(zhì)量變化必然也伴隨著能量的變化！——質(zhì)能關(guān)系式a)能量變化為廣義的，包括任何形式的能量變化（3）靜能——總的內(nèi)部能量包括：1）物質(zhì)內(nèi)部分子熱運(yùn)動能量2）物質(zhì)分子和原子的內(nèi)聚能3）原子內(nèi)部的電子激發(fā)能4）核內(nèi)部結(jié)合能上述各種能量占總靜能的1%，99%的能量不為人所知，不能被利用！

（4）核能核能釋放有兩種形式：核裂變fission—重原子核=>輕原子核衰變產(chǎn)物質(zhì)量總和小于衰變核的質(zhì)量釋放能量，如：原子彈、核電站等核聚變fusion—輕原子核聚合成重原子核重原子核質(zhì)量小于輕原子核質(zhì)量總和釋放能量，如：氫彈等質(zhì)量虧損：秦山核電站大亞灣核電站

質(zhì)量虧損：5號