大学物理下--相对论.pptx

爱因斯坦（爱因斯坦（EinsteinEinstein）的基本假设：）的基本假设：1 1）相对性原理相对性原理2 2）光速不变原理光速不变原理 洛洛仑仑兹兹坐坐标标变变换换式式意义：意义：基本的物理定基本的物理定律律(包括电磁学和量子包括电磁学和量子力学力学)，应该在，应该在洛伦兹洛伦兹变换变换下保持下保持不变不变.这这种不变显示出物理定种不变显示出物理定律对匀速直线运动的律对匀速直线运动的对称性对称性 相对论对相对论对称性称性.(1)(1)当当v c时，时，m将为虚数，无意义，将为虚数，无意义，c是一切物体速度是一切物体速度的极限。的极限。相对论的动力学方程相对论的动力学方程(5)(5)如如 c ，则，则m m0，回到牛顿力学情况，符合回到牛顿力学情况，符合“对应原理对应原理”。设宏观物体一般设宏观物体一般 v=10v=104 4 m/s,m/s,微观粒子速率接近光速如中子微观粒子速率接近光速如中子v=0.98cv=0.98c时时(4)(4)对于光子，速度为对于光子，速度为c，而，而m又不可能为无限大，所以又不可能为无限大，所以光子的静止质量光子的静止质量m0=0=0 质速关系首次验证：质速关系首次验证：1908年年Bucher发现快速电子发现快速电子的荷质比的荷质比e/m比低速电子的荷质比小。比低速电子的荷质比小。2、相对论的动能、相对论的动能两边微分得两边微分得联立联立(1)式和式和(2)式得式得作功使物体的动能改变作功使物体的动能改变由动能由动能定理定理1 1）与经典动能形式完全不同）与经典动能形式完全不同若电子速度为若电子速度为2 2）当）当v c 时，可以证明时，可以证明(对应原理对应原理)3、相对论能量、相对论能量物体的总能量物体的总能量（质能关系）（质能关系）物体的静能（热能、分子间的势能、物体的静能（热能、分子间的势能、化学能、原子内部的各种能量等）化学能、原子内部的各种能量等）（1）能量守恒）能量守恒=质量守恒质量守恒 E=mic2mi=C（2）质量和能量不可分割）质量和能量不可分割 统一了历史上分别发现的这两条独立的自然规律。统一了历史上分别发现的这两条独立的自然规律。（3）质能关系为开创原子能时代提供了理论基础）质能关系为开创原子能时代提供了理论基础质能关系质能关系预言预言：物质的质量就是能量的一种储藏：物质的质量就是能量的一种储藏.质量质量M的母核分裂为一系列的母核分裂为一系列mi（i=1=1，2 2，3 3）的碎片）的碎片在母核静止的参照系看，碎片飞散，有速度在母核静止的参照系看，碎片飞散，有速度vi，所以碎片的动能所以碎片的动能反应前后质量守恒反应前后质量守恒质量亏损质量亏损 c2=Ek 被看作是具有划时代意义的理论公式，已成为纪被看作是具有划时代意义的理论公式，已成为纪念爱因斯坦伟大功绩的标志。念爱因斯坦伟大功绩的标志。炮弹爆炸炮弹爆炸,碎片飞溅碎片飞溅化学能转化为动能化学能转化为动能原子的裂变、聚合和重组原子的裂变、聚合和重组质量亏损质量亏损放出的能量放出的能量1g 铀铀(235)的原子裂变所的原子裂变所释放的能量释放的能量核裂变核裂变我国于我国于 1958 年建成年建成的首座重水反应堆的首座重水反应堆1932年英国物理学家年英国物理学家(J.D.Cockcroft)和爱尔兰物和爱尔兰物理学家理学家 (E.T.Walton)利用质子加速器进行了人工核利用质子加速器进行了人工核蜕变，第一次从实验上验证了质能关系，为此他们于蜕变，第一次从实验上验证了质能关系，为此他们于1951年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖 4.动量与能量的关系动量与能量的关系极端相对论近似极端相对论近似光子光子 例例6 设一质子以速度设一质子以速度 运动运动.求其总能量、求其总能量、动能和动量动能和动量.解解 质子的静质量质子的静质量例例7、设有两个静止质量为设有两个静止质量为m0 的粒子，以大小相同、方的粒子，以大小相同、方向相反的速度相碰撞，合成一个复合粒子。试计算这个向相反的速度相碰撞，合成一个复合粒子。试计算这个复合粒子的静止质量和运动速度。复合粒子的静止质量和运动速度。xyO解解:例例8、已知一静止质量为已知一静止质量为m0的粒子，其固有寿命为实验的粒子，其固有寿命为实验室测量到的寿命的室测量到的寿命的1/n。求此粒子的动能。求此粒子的动能。解解:相对论与牛顿力学的比较：相对论与牛顿力学的比较：长度长度时间时间质量质量动量动量动能动能经典物理经典物理 相对论相对论绝对的，与参照系无关绝对的，与参照系无关绝对的，与参照系无关绝对的，与参照系无关绝对的，与运动速绝对的，与运动速度无关参照系无关度无关参照系无关