大学物理相对论

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1、第三章相对论（第三讲）狭义相对论时空观1、相对于观测者运动的惯性系沿运动方向的长度对观测者来说收缩了。2、相对于观测者运动的惯性系的时钟系统对观测者来说变慢了。3、长度收缩和时间膨胀效应是时间和空间的基本属性之一，与具体的物质属性或物理过程的机理无关。4、没有“绝对”的时间、“绝对”的空间。长度收缩和时间的膨胀是相对的。前节回顾相对论以最勇敢的物理理论而名扬于世。6-4狭义相对论动力学基本出发点：1、力学定律在洛仑兹变换下形式不变；2、低速时转化成相应的经典力学形式。一、动量、质量与速度的关系质点的动量质量假定高速运动时动力学概念如何？AB6-4狭义相对论动力学*设在S’系中一粒子，原来静止于

2、原点O’，在某一时刻此粒子分裂为完全相同的两半A和B，分别沿x’轴的正向和反向运动。y'x'o'u-uyxo-u根据动量守恒定律两半球的速率应该相等。设参考系S以u的速率沿水平负向运动在此参考系中，A静止，B运动根据速度变换公式，B的速度为即：在分裂后，两粒子的总动量为mBvB。在S中观察在S中观察分裂前的速度为u，则：它们动量为Mu。根据动量守恒定律根据质量守恒定律6-4狭义相对论动力学*设在S’系中一粒子，原来静止于原点O’，在某一时刻此粒子分裂为完全相同的两半A和B，分别沿x’轴的正向和反向运动。ABy'x'o'u-uyxo-u根据动量守恒定律根据质量守恒定律由，可得由上述3式可得6-4

3、狭义相对论动力学*设在S’系中一粒子，原来静止于原点O’，在某一时刻此粒子分裂为完全相同的两半A和B，分别沿x’轴的正向和反向运动。ABy'x'o'u-uyxo-u根据动量守恒定律根据质量守恒定律由上述3式可得在S中观察mA、mB有差别6-4狭义相对论动力学*设在S’系中一粒子，原来静止于原点O’，在某一时刻此粒子分裂为完全相同的两半A和B，分别沿x’轴的正向和反向运动。ABy'x'o'u-uyxo-u根据动量守恒定律根据质量守恒定律在S中观察mA、mB有差别A静止，其质量mA称为静止质量，记为m0；B运动，其质量mB称为运动质量，记为m；速率为v。相对论中的质速关系6-4狭义相对论动力学m0

4、——物体的静止质量。m——相对于观察者以速度u运动时的质量。相对论质量12340.20.41.000.60.8质速关系式6-4狭义相对论动力学相对论中的质速关系相对论中的动量相对论中的牛顿第二定律6-4狭义相对论动力学二、相对论动能设力F对粒子经过位移dr所做的元功等于粒子动能的增量dEk。即：由相对论质速关系可得两边求微分，即：由上述两结果可得：积分得相对论动能公式6-4狭义相对论动力学二、相对论动能与经典动能形式完全不同6-4狭义相对论动力学三、质能关系式运动时的能量静止时的能量总能量爱因斯坦质能关系物质具有质量，必然同时具有相应的能量；如果质量发生变化，则能量也伴随发生相应的变化，反之，

5、如果物体的能量发生变化，那么它的质量一定会发生相应的变化。相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它在黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的光辉，照亮了广阔的未知领域。”——德布罗意伟大的科学家爱因斯坦6-4狭义相对论动力学质能守恒定律在一个孤立系统内，所有粒子的相对论动能与静能之和在相互作用过程中保持不变。质量守恒定律在一个孤立系统内，粒子在相互作用过程中相对论质量保持不变。质量亏损6-4狭义相对论动力学例：两全同粒子以相同的速率相向运动，碰后复合。求：复合粒子的速度和质量。由能量守恒损失的动能转换成静能解：设复合粒子质量为M速度为碰撞过程，动量守恒6-4狭义相对论动力学四、动量与能量的关系光子静止质

6、量为零的粒子一定以光速运动。6-4狭义相对论动力学四、动量与能量的关系动量基本方程动能总能（质能关系）动量与能量的关系质量静能相对论动力学与经典力学对比讨论：有一粒子静止质量为m0，现以速度v=0.8c运动，有人在计算它的动能时，用了以下方法：用计算粒子动能是错误的。相对论动能公式为！6-4狭义相对论动力学例、试计算氢弹爆炸中核聚变反应之一所释放出的能量，其聚变方程为各种粒子的静止质量为：氘核：m1=3.3437×10-27kg氚核：m2=5.0049×10-27kg氦核：m3=6.6425×10-27kg中子：m4=1.6750×10-27kg解：质量亏损为：相应释放的能量为：1kg这种核燃

7、料所释放的能量为：这相当于同质量的优质煤燃烧所释放热量的1千多万倍！6-4狭义相对论动力学例：一电子以v=0.99c的速率运动，求：1）电子的总能量。2）电子的经典力学动能Ek0与相对论动能Ek之比.（me=9.1×10-31kg)解：1）2）*6-6广义相对论简介一、等效原理和局域惯性系在大约10-8的相对精度内，两者相等。引力场和加速度的效应等价。1、惯性质量与引力质量*6-6广义相对论简介引