相对论的时空观和动力学.ppt

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1、一 同时的相对性,事件 1：车厢后壁接收器接收到光信号.事件 2：车厢前壁接收器接收到光信号.,结论：沿两个惯性系运动方向，不同地点发生的两个事件，在其中一个惯性系中是同时的，在另一惯性系中观察则不同时，所以同时具有相对意义；只有在同一地点，同一时刻发生的两个事件，在其他惯性系中观察也是同时的.,在 S 系,在 系同时同地发生的两事件,二 长度的收缩,标尺相对 系静止,在 S 系中测量,在 系中测量,固有长度,当 时.,固有长度：物体相对静止时所测得的长度.（最长）,洛伦兹收缩:运动物体在运动方向上长度收缩.,长度收缩是一种相对效应,此结果反之亦然.,例1 设想有一光子火箭，相对于地球以速率

2、飞行，若以火箭为参考系测得火箭长度为 15 m，问以地球为参考系，此火箭有多长？,解：固有长度,在 S 系,例2 一长为 1 m 的棒静止地放在 平面内，在 系的观察者测得此棒与 轴成 角，试问从 S 系的观察者来看，此棒的长度以及棒与 Ox 轴的夹角是多少？设想 系相对 S 系的运动速度.,解：在 系,运 动 的 钟 走 得 慢,三 时间的延缓,系同一地点 B 发生两事件,在 S 系中观测两事件,时间间隔,固有时间：同一地点发生的两事件的时间间隔.,时间延缓：运动的钟走得慢.,固有时间,1）两个事件在不同的惯性系看来，它们的空间关系是相对的，时间关系也是相对的，只有将空间和时间联系在一起才有

3、意义.2）时空不互相独立，而是不可分割的整体.3）光速 C 是建立不同惯性系间时空变换的纽带.,3）时，.,1）时间延缓是一种相对效应.,2）时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程.（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等.）,狭义相对论的时空观,例3 设想有一光子火箭以 速率相对地球作直线运动，若火箭上宇航员的计时器记录他观测星云用去 10 min,则地球上的观察者测得此事用去多少时间？,运动的钟似乎走慢了.,解:设火箭为 系、地球为 S 系,1）相对论动量,当 时,一动量与速度的关系,2）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,狭义相对论动力学

4、,二狭义相对论力学的基本方程,相对论动量守恒定律,当 时，急剧增加,而，所以光速 C 为物体的极限速度.,当 时,三质量与能量的关系,动能定理,设,积分后，得,利用 和,得,相对论动能,当 时,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.,电子的静质量,电子的静能,质子的静能,相对论质能关系,1千克的物体所包含的静能,1千克汽油的燃烧值为 焦耳.,静能：物体静止时所具有的能量.,质子的静质量,例：,现有 100 座楼，每楼 200 套房，每套房用电功率 10000 W，总功率，每天用电 10 小时，年耗电量，可用约 33 年。,质能关系预言：物质的质量就是能量的一种储藏。,反应

5、质量亏损,释放能量,1 kg 核燃料释放能量,锂原子的核反应,两粒子所具有的总动能,两粒子质量比静质量增加,惯性质量的增加和能量的增加相联系，质量的大小应标志着能量的大小，这是相对论的又一极其重要的推论.,相对论的质能关系为开创原子能时代提供了理论基础,这是一个具有划时代的意义的理论公式.,四质能公式在原子核裂变和聚变中的应用,质量亏损,原子质量单位,放出的能量,1g 铀 235 的原子裂变所释放的能量,1 核裂变,我国于 1958 年建成的首座重水反应堆,2 轻核聚变,释放能量,质量亏损,轻核聚变条件 温度要达到 时，使 具有 的动能，足以克服两 之间的库仑排斥力.,五 动量与能量的关系,极端相对论近似,光子,光的波粒二象性,例1 设一质子以速度 运动.求其总能量、动能和动量.,解 质子的静能,也可如此计算,例2 已知一个氚核 和一个氘核 可聚变成一氦核,并产生一个中子,试问这个核聚变中有多少能量被释放出来.,解 核聚变反应式,氘核和氚核聚变为氦核的过程中，静能量减少了,