第4篇 相对论简单版.ppt

双生子佯谬 是一对双生子。 乘高速飞船到太空 和 遨游一段 比自己老了，根据运动的相对 ， 和 运动的时钟变慢了， 但运动是相对的， 都认为对方的钟在运动，这将会导致 双方都认为对方的钟变慢了的矛盾结论。这就是时钟佯谬。 若 时间后返回地球 ， 发现对方 将会得出 也发现 对方比自己老了的矛盾结论。称为双生子佯谬。 爱因斯坦曾经预言，两个校准好的钟，当一个沿闭合路线运动返回原地时，它记录的时间比原地不动的钟会慢一些。这已被高精度的铯原子钟超音速环球飞行实验所证实。 相对论预言 慢 ( 184 ±23 ) ×10 - 9 s 实 测 慢 ( 203 ±10 ) ×10 - 9 s 实际上这种谬误是不会发生的，由于两个时钟或两个双生子的运动状态并不对称（ 例如， 飞离、返回要经历加、减速运动过程），其结果一定是 的时钟变慢了， 双生子 一定比 年轻。 附： 狭义相对论动力学基础 问题：高速运动时动力学概念如何？ 在相对论中，对动量、质量和能量等守恒量，以及一些相关物理量，如力、功等，怎样定义？ 基本出发点： ?基本规律在洛仑兹变换下形式不变； ?低速时回到牛力 牛顿定律与光速极限的矛盾 C 物体在恒力作用下的运动 经典力学中物体的质量与运动无关 一、相对论的质量和动量 经典力学中的质量m0是绝对的，不变的. 状态量 合理 合理 持续作用 持续 但 的上限是 c 随速率增大而增大 要求 相对论的质量 猜想形式？ 根据相对性原理，保留力与动量的规律 1）相对论质量 静质量 ：物体相对于惯性系静止时的质量 . 在不同惯性系中大小不同 . 当 时 C 一、相对论的质量和动量 当 运动时的质量 以光速运动的粒子其静质量为零。 2）相对论动量 一、相对论的质量和动量 当 时 状态量 合理 二　狭义相对论力学的基本方程 相对论动量守恒定律 当 时， 不变 . 当 时 外力作用效果：（1）改变物体的速度 　　　　 （2）改变物体的质量 例一：一匀质矩形薄板，在它静止时测得其长为a，宽为b，质量为m0，由此可算出其面积密度为m0 / ab，假定该薄板沿长度方向以接近光速的速度v作匀速直线运动，此时再测算该矩形薄板的面积密度为 （A） （B） （C） （D） 设一自由粒子，在某一惯性系中从静止开始沿x轴正向运动，速度达到v时，外力做的功为： 2.相对论中：保留动能定理形式不变 三、狭义相对论动能和动能定理 外力做功 动能 1. 经典力学中： 动质量 瞬间 =0 ３. 讨论： 相对论动能和经典动能的关系 当 ，将 作二项式展开 称为物体的静能； 称为物体的总能。 爱因斯坦： 四、狭义相对论能量---质能关系 由相对 论动能 相对论质能关系 质能关系预言：物质的质量就是能量的一种储藏 . 爱因斯坦认为（1905） 懒惰性 惯性 ( inertia ) 活泼性 能量 ( energy ) 物体的懒惰性就 是物体活泼性的度量 . 例：粒子以速度 运动时，其动量是非相 对论动量_____的倍;其能量是静能的 倍。 解:根据相对论动量和能量的定义 质能例二 一高速运动电子，当它的动能在数值上等于它的 静止能量时，其速度 题设：在数值上，若 根据 则 即 得 0.866 错误解法 得 0.910 或 得 1.414 质能例三 电子的静止质量 9.1×10 -31 kg , 若将其速率由 0.8 c 加速到 0.9 c ，需对它做功 eV. ( 1J = 6.25×1018 eV ) 0.8 c 0.9 c 0.667 1.294 0.627 ( 3×108)2 0.627 9.1×10 -31 5.14×10–14 (J) = 3.21×105 (eV) 相对论质能关系 静能 ：物体静止时所具有的能量 . 宏观静止物体的静能包括热能、化学能、以及各种微观粒子相互作用所具有的势能等。 电子的静质量 电子的静能 质子的静能 1千克的物体所包含的静能 质子的静质量 相对论质能关系 物体的总能量 若发生变化，必