合肥工业大学《大学物理》课件-第五章.pptVIP

说明： （1）动钟变慢 （或时间膨胀 ）完全是相对论的时空效应，与钟的具体结构和其他外界因素无关。 （2）运动时钟变慢在粒子物理学中有大量的 实验证明。 如 介子的固有寿命为 ，其实验室中 的运动寿命为 ，现象的两种解释 时间的膨胀 4.两种时空观对照 经典时空观： 相对论时空观： 空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和物质运动三者没有联系。 a.时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质 运动是不可分割的。 b.不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现 对方的钟走慢了。 两种时空观对照 c.不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现 对方的“尺”缩短了。 d.作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体 的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同， 而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同。 e.光在任何惯性系中传播速度都等于 C ，并且是 任何物体运动速度的最高极限。 f.在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯 性系中可能是不同时的。 两种时空观对照 §5-4 狭义相对论动力学基础 1. 相对论力学的基本方程 牛顿力学中，动量 a.在洛氏变换下保持动量守恒形式不变; b.在 的条件下，还原为牛顿力学的 动量形式。 m ：不随物体运动状态而改变的恒量。 相对论动量必须满足以下两个条件： 1 0 P 相对论性质量： ——静止质量 由此，得相对论动量： 0 1 相对论力学的基本方程 说明： b.当 时， 即不论对物体加多大的力， 也不可能再使它的速度增加。 c.当 时，必须 ，即以光速运动的物体是没有静止质量的。 d. 相对论力学基本方程 上式方程满足相对性原理 a.在 时， 。 在 的条件下： 相对论力学的基本方程 2. 质量与能量的关系 2.1 相对论动能 设一质点在变力作用下，由静止开始作加速运动，根据动能定律： 相对论动能 上式表明：质点以速率 运动时所具有的 能量 ，与质点静止时所具有的能量 之差， 等于质点相对论性的动能 在 的条件下： 相对论动能 上式经通分可得： 2.2 相对论总能量 说明： a. 物体处于静止状态时，物体也蕴涵着相当 可观的静能量。 b. 相对论中的质量不仅是惯性的量度，而且 还是总能量的量度。 c. 如果一个系统的质量发生变化，能量必有 相应的变化。 d. 对一个孤立系统而言，总能量守恒，总质 量也守恒。 相对论总能量 相对论总能量 相对论质能关系在军事上的应用：核武器 3.动量与能量的关系 在相对论中： 上式平方整理得： 动量与能量的关系 对于以光速运动的物体： 光子： 动量与能量的关系 例题5-3 原子核的结合能。已知质子和中子的质量分 别为: 两个质子和两个中子组成一氦核 ，实验测得它的质量为MA=4.0001 50u，试计算形成一个氦核时放出的能量。(1u=1.660?10-27kg) 而从实验测得氦核质量MA小于质子和中子的总质量M，这差额称?M=M-MA为原子核的质量亏损。对于 核 解: 两个质子和两个中子组成氦核之前，总质量为 相对论动力学基础 根据质能关系式得到的结论：物质的质量和能量之间有一定的关系，当系统质量改变 ?M 时，一定有相应的能量改变 由此可知，当质子和中子组成原子核时，将有大量的能量放出，该能量就是原子核的结合能。所以形成一个氦核时所放出的能量为 相对论动力学基础 产生1mol（约4克）氦核时所放出的能量为 相当于燃烧100吨煤所放出的热量 例题5-4 设有两个静止质量都是 m0 的粒子，以大小 相同、 方向相反的速度相撞，反应合成一 个复合粒 子。试求这个复合粒子的静止质量和运动速度。 式中M和V分别是复合粒子的质量和速度。显然V =0，这样 而 解：设两个粒子的速率都是 v，由动量守恒和能 量守恒定律得 相对论动力学基础 这表明复合粒子的静止质量M0 大于 2m0，两者的差值 式中 Ek 为两粒子碰撞前的动能。由此可见，与动能相应的这部分质量转化为静止质量，从而使碰撞后复合粒子的静止质量增大了。 相对论动力学基础 * * 一个事件是用它发生的地点和时间来描述的。在某参照系中，一个事件用一组空时坐标来表示。运动的描述与参照系有关，这是运动描述的相对性。运动规