1、上次内容回顾,同时的相对性 运动时钟 运动长度,一）牛顿力学（经典力学）：,质点的动量 动量守恒（所有惯性系）,（1）质量是恒量；（2）遵循伽利略变换,牛顿定律,用一恒力加速一个粒子，依牛顿定律其加速度为,即，按牛顿定律粒子速度可以超过光速。在经典力学中速度没有上限。,人们曾在美国斯坦福直线加速器中加速电子，加速器全长2英里，每米加以七百万伏电压。,斯坦福加速器全貌,斯坦福加速器内貌,全长2英里,依经典理论电子速度应该达到：,而实测值为：,结论：牛顿定律与光速极限矛盾牛顿力学须改造！,伽利略变换下,1）在“LT”下具有协变性-满足相对性要求及光速不变原理。（各种物理规律包括动量守恒及能量守恒在
2、不同惯性系中具有相同的形式。）,如何改造呢？,改造应满足：,经典：,动量与速度成正比，且质量不变。,二）相对论性动量和质量,可以证明，如果不改变定义，动量守恒在洛伦兹变换下 不能对一切惯性系都成立！ c.f. 程守洙-江之永普通物理学1982 第三册P123。,必须进行修正,怎么修正？途径？,1）可改变动量定义,2）可改变质量定义,采用后者,事实上：这一结论早在1905年考夫曼从放射性镭放出的高速电子的实验中就被发现。相对论问世以后再次由考夫曼、彼歇勒（1909年）、盖伊拉范采（1915年）经实验证实。,这样动量的表达式应为（保留定义式）：,可见，质量随速度增大而增大。,经典中（伽利略变换下）
3、质量不变，光速变。,不可能，静止质量不为零的粒子不可能以光速运动！,若 ，则当 时，,洛伦兹变换下 动量形式不变 且动量守恒。 c.f. 程-江,三）相对论动力学方程,相对论中仍然保持了牛顿定律的原来框架。,注意：1）,2）方程虽保持了原牛顿定律的框架 但内容却有别。,注意：,2）方程虽保持了原牛顿定律的框架 但内容却有别。,经典力学,相对论力学,力的作用,改变速度、改变 质量,F长时间 作用,力的方向,决定于,决定于,的合矢量方向,四）相对论动能、质能关系,1）相对论动能,相对论中动能的定义依然保留：,为简单，设一力沿x轴作用于一静止的质点上， 速度由0增到 , 则其动能：,讨论：a）,回到
4、了 经典物理,展开,=0,说明将一个静质量不等于零的粒子加速到光速须作 无穷大的功。或者说实物粒子速度有一极限速度c,2）质能公式,b）,将动能公式变化一下：,式中,称为总质量,称为静质量,即相对论总质量是由两部 分组成。静质量、动质量,凡质量都有要受到引力的作用，有些物质如光子，其静质量为零，但具有动能，也就具有动质量，同样受到引力的作用，天文观察证明了这一点。如图 从星星A发出的星光本应 沿直线传播，但受太阳的 引力作用而发生偏转。,动质量对应一份能量，静质量呢？为此将上式两边 边同乘以c2:,则：,上式各项都具有能量的量纲，爱因斯坦充分注意 到了这一点，他预言有质量的地方必有能量。 并定
5、义：,物体相对论总能量：,物体相对论静止能量：,物体相对论动能：,三者的关系是：,独到之处是提出了物体静止质量也对应一份能量。原子弹的爆炸成功正是将静止能量开发出来的结果。也是对这一理论的有力证明。,几点说明：,1）静止能量实际上是物体的总内能,分子的内能、势能、原子的电磁能、质子中 子的结合能等。静止能量是相当可观的。,例：一公斤的物体的静止能量,相当于20吨汽油燃烧的能量。,100座楼，每楼200户，每天用电10小时，年耗电量 2.721015J。大约可用33年。 （1焦耳 = 2.777777777777810-7 千瓦时1千瓦时 = 3,600,000 焦耳）,2）质能相互依存，且同增
6、减,哪儿有能量，哪儿就有质量，哪儿有质量 的变化，哪儿就有能量的变化。即：,注意是伴随不是转化！,3）尽管质能互相依存，但在一个弧立系统内总 能量和总质量分别守恒（不是仅仅静质量守恒）,以原子核反应为例：,反应前的总能量=反应后的总能量,反应前的总质量=反应后的总质量,（弧立系统）,（弧立系统）,也就是说在总质量守恒的条件下，系统内的核反 应中静质量和动质量可以互相转化，当静质量减 少，动质量增加时，系统以动能的形式放出能量 这种反应称为放能反应。,相反动质量也可以减少，而静质量增加，系统 吸收能量以静能的形式存储起来。这种反应称 为吸能反应。,例：两粒子（静止质量为m0）以大小相等方向 相反
7、的速度接近，发生完全非弹性碰撞（粘）。 求碰后粒子质量。（=2m0？）,解：因为动量守恒，复合粒子静止，设静止质量 为M0。则总能量（等于静止能量）,碰撞时动能转为静止能量,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,1941年12月6日，美国总统罗斯福根据爱因斯坦的思想，批准了代号“曼哈顿工程”的研究项目。由奥本海默领导了一批世界著名的物理、化学、数学、气象学家和工程专家，进行原子弹研究。 1945年7月16日5:30 第一颗原子弹爆炸。,原子弹,广岛、长崎落下两枚原子弹，瞬间夺去20万人的生命。,核轰炸的消息
8、传来，杜鲁门和许多官员兴高采烈，大多数参加“曼哈顿计划”的科学家们却心情沉重。爱因斯坦便痛心地说，当初致信罗斯福提议研制核武器，是我一生中最大的错误和遗憾。他甚至懊悔当初从事的科研，“早知如此，我宁可当个修表匠。”,我们要利用爱因斯坦公式为人类创造更美好的家园，而不是毁灭我们自己居住的这颗行星。,我国于 1958 年建成的首座重水反应堆,2 受控核聚变（轻核）,1 受控核聚变的基础知识核聚变反应，取之不竭的能源达到核聚变的条件劳逊判据关键的困难：加热与约束太阳是一个巨大的聚变反应堆氢弹聚变能的不可控释放 2 磁约束聚变多途径的探索：箍缩，仿真器托卡马克成为集中发展的主要途径 3 聚变电工强脉冲
9、电源 辅助加热 磁体系统 等离子体控制 4 惯性核聚变,托卡马克(Tokamak)是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字 Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。,合肥EAST超导托卡马克 正在建造（2004.8）,JT-60,例：在一种热核反应中，各种粒子的静质量如下： 求：反应释放的能量。,氘核 氚核 氦核 中子,反应质量亏损：,释放的能量：,1 kg 核燃料释放能量：,教材288页例2 另解,五）相对论动量、能量的关
10、系,两式大小相除：,设一静质量为 ，速度为 的粒子,或：,整理，得：,利用三角形有助记忆：,六）静质量为零的粒子,发现有五种静质量为零的粒子-光子、电子型中微子、电子型反中微子、 型中微子、反中微子。,（近据报导，国外发现中微子质量不为零。这里以光子为例。）,能量为E的光子具有动量：,总质量：,故总能量：,光子有动量已从天文上得到证实。,日,扫帚星的形成,小 结,1.动量,2.动力学方程,3.质速关系,4.质能关系,5.动量与能量关系,6. 光子,1）静止质量为零：,2）运动质量,3）动量,这正是光的波（波长、频率）粒（动量、能量）二象性的体现。,经典力学 相对论力学,动量,动力学方程,动能,动量能量 关系,本次作业,17-29、17-30、17-32、17-36、17-38、17-39,
