1.5相对论动力学基础

相对论动力学演 示文稿
（优选）第五节 相对论动力学
二 狭义相对论力学的基本方程
当
F
dp
d
(
m0v
dt dt 1 2
v c 时 m m0
当 v c时，dm dt
) m dv v dm
dt dt
F
m
dv
急剧增加 ,
dt
而
a
0
，
所以光速 C 为物体的极限速度.
相对论动量守恒定律
当
2 1
H
具
有10keV
的动能，足以克服两
2 1
H
之间的库仑排斥
力.
五、动量与能量的关系
E mc2 m0c2
p mv
1 v2 c2
m0 v 1 v2 c2
(mc2 )2 (m0c2 )2 m2v2c2
E 2 E02 p2c2
E pc
E0 m0c2
极端相对论近似 E E0 , E pc
mHe 4.00260u
m 0.01864u
理论计算和实验结果相符． 1u 1.661027 kg
物理意义
E mc2
E (m)c2
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 .
光子 m0 0, v c p E c mc
光的波粒二象性 E h , p h 普朗克常量
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 )
物体的懒惰性就

4 2
2
E 或：
c
4 2
P
2
E E0 (Pc )
2
2
2
E
23
E E0 ( P c)
2 2
2
◆极端相对论近似
光子 整理： m 0 0 , v c
E E 0 , E pc
p E c mc
E
E0 m0c
E E0
2 4 0 2
2 2
pc
2
光的波粒二象性
2 2
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。 并定义： 总能量
E mc
2
m0 c
2
1 (v / c )
2
静止能量 动能
E 0 m0 c
2
2
E k mc m0 c
2
17
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。

i
pi

i
m i0vi 1
2
不变
9
二 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。
dv dm d ( mv ) m v F dt dt dt
其中
m
m0 v 1 c
2
v 为质点的速度
注意： m=m0=const
(1) v<<C时，
27
kg
E mc 3.043 10
2
29

详细描述
在相对论中，力的作用是通过物体之间的相互作用来表现的。当一个物体对另一个物体施加力时，这个力会导致物体之间的加速或减速。在相对论中，力的作用是通过物体之间的动量交换来实现的。
力的作用在相对论中的表现
总结词
在相对论中，物质被视为由粒子或场组成，这些粒子或场在空间中以一定的方式分布和运动。
详细描述
相对论对人类思想的影响还表现在哲学、文化和社会等领域，推动了人类文明的进步和发展。
相对论对人类思想的影响
THANKS
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总结词
在相对论中，速度和加速度是四维时空中的矢量，其定义和计算方式与经典力学有所不同。特别是，光速在相对论中是一个不变的常数，任何物体的速度都不可能超过光速。
详细描述
相对论中的速度和加速度
总结词
相对论中的动量和力也具有特殊的形式，与经典力学存在差异。
详细描述
在相对论中，动量和力的定义与经典力学相似，但它们之间的关系式有所不同。特别地，当物体的速度接近光速时，经典力学中的动能和势能都会发生变化，需要使用相对论的能量和动量公式进行修正。
总结词
质能等价原理是爱因斯坦相对论中的一个基本假设，它指出质量和能量是相互联系的，并且可以通过一定的数学公式 E=mc^2 来表示它们之间的关系。这个公式表明，物体的能量与其质量以及光速的平方成正比。
详细描述
质能等价原理
总结词
在相对论中，力的作用表现为物体之间的相互作用，这种相互作用会导致物体之间的加速或减速。
04
CHAPTER
相对论中的万有引力
引力场方程
爱因斯坦提出了著名的引力场方程，描述了物质如何弯曲时空，以及如何产生引力场。
相对论中的等效原理
等效原理指出在局部区域内，不能通过任何实验区分均匀引力场和加速参照系。

《大学物理学(A1-A2)》教学大纲学时：144 总学分：8学分理论教学：144（两学期）实验学时：54学时（另开）面向专业：电子信息科学与技术课程代码：BB-2大纲执笔人：姜黎霞大纲审稿人：鲍钢飞一、大纲说明1、教学目的和基本要求：本课程是专业基础课，同时还具有自然科学素质教育的意义，因此，要求学生熟练掌握物理学的基本概念和基本规律，正确认识各种物理现象的本质；还应掌握物理学研究问题的思想方法，能对实际问题建立简化的物理模型，并对其进行正确的数学分析。

通过对本课程的学习，学生应养成科学的思维习惯，并为理解专业知识打下良好的基础。

2、内容提要：本课程分在两个学期内讲授。

前一学期内容分为四部分：第一部分是“力学的物理基础”，包括质点运动的描述方法，质点动力学和刚体定轴转动的基本规律和概念，以及量纲和非惯性系问题的一般处理方法等；第二部分是“分子物理学和热力学”，介绍热平衡态、热量和内能等基本概念，以及气体状态方程、分子的速率分布、热力学基本定律、卡诺定理等；第三部分是“静电场与稳恒电流”，介绍静电场的基本概和基本原理，并讨论导体和电介质在静电场中的基本性质，进而引出电路理论的基本关系式。

后一学期内容分为三部分：第一部分是“磁场与电磁感应、电磁场”，介绍磁场的基本性质，讨论磁场与电流间的联系以及电磁感应现象的物理内涵，进而建立起电磁场的基本概念；第二部分是“波动光学”，从波动的角度认识光的干涉和衍射现象，讨论光的偏振和双折射，由此深化对电磁波基本性质的理解；第三部分是“近代物理学基础”，包括狭义相对论的基本假设和主要结论，量子物理学基础知识，以及激光原理和固体的能带等。

根据实际情况，教学内容的次序可作适当调整。

二、大纲内容第一章质点运动学§1.1 参照系和坐标系质点质点的概念，参考系坐标系，时间和空间，运动方程§1.2 位置矢量位移位矢，位移，速度，加速度，匀速直线运动§1.3 圆周运动圆周运动的切向加速度和法向加速度，圆周运动的角量描述，角量和线量的关系§1.4 曲线运动的矢量形式运动阶家原理，圆周运动的矢量形式，抛体运动的方程的矢量形式§1.5 相对位移和相对速度伽利略变换式，速度变换公式，加速度变换公式本章重点：参照系的概念，位置矢量、位移矢量、速度矢量、加速度矢量及其在不同坐标系中的分量表达式，质点的运动方程，相对运动的概念。