狹義相對論(相對論動力學).ppt

《狹義相對論(相對論動力學).ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《狹義相對論(相對論動力學).ppt（26頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

時空關系根本改變物理量需要重新修正,經(jīng)典力學需要改造.兩條原則;1),對應原則經(jīng)典力學,m=m(v)的形式。,,定義,從實驗和理論上找質量與速度的關系，即找出,5.4狹義相對論的動力學基礎,一、動量,2),守恒定律成立.,但與經(jīng)典力學不同,對應原理;當(經(jīng)典力學質量,稱靜質量).,全同粒子A和B發(fā)生完全非彈性正碰,即,S:,S’:,即,由動量守恒和質量守恒,二、質量,S:,S’:,由,和,代入,化簡后得,,,把m0看成靜止質量，,把m稱為相對論質量，,如圖所示，,質量m隨速度增大而增大。,質量：,動量：,利用,,,圖質量隨速度變化,布塞勒,Cuye-Lavanchy,1.力:,2.力和加速度的關系,與,前面的系數(shù)不同,所以力和加速度方向不一致,也沿切向,三、力、功和動能,3.功和動能,質點動能定理:,利用,,,,,1態(tài),2態(tài),質量,質量,上式變?yōu)椋?---相對論中的質點動能公式,1.在,的情況下：,經(jīng)典力學的動能是相對論表達式在低速下的近似。,2.由,當動能由于外力作功不斷增大而不斷增加時，速率卻不能無限制增大，而是有一個極限值c。,靜能:,質量虧損：,結合能：,2.總能和質能關系,總能,----著名的質能關系式,1.靜能和質量虧損,原子能公式,四、能量、質能關系,討論：,1.把粒子的能量和質量聯(lián)系起來,,數(shù)值相差一常數(shù)因子c2。,2.在相對論中,,能量守恒和質量守恒統(tǒng)一起來。,——能量守恒,——質量守恒,3.粒子相互作用中相對論質量,守恒，,但其靜止質,量,并不守恒。,4。靜止能量實際上是物體的總內能,---分子的內能、勢能、原子的電磁能、質子中子的結合能等。靜止能量是相當可觀的。,例：一公斤的物體的靜止能量,相當于200萬噸汽油燃燒的能量。,5。質能相互依存，且同增減,即那兒有能量，那兒就有質量，而且那兒有質量的變化，那兒就有能量的變化。即：,例.中子和質子合成氘核實時放出γ射線，試求γ射線的能量。,解：質子，中子，氘核的靜質量分別為,…..為質量虧損,釋放γ射線能：,聚合1公斤氘核釋放的能量：,約相當于1公斤汽油燃燒放熱的230萬倍！,例如：,兩個靜止質量為,的全同粒子，,它們各自以速率,相向而行，,所以它們相對論質量均為,設兩粒子作完全非,彈性碰撞后，變成一個靜止的復合粒子，其靜止質量為M0。求碰撞過程中轉化的內能。,由于粒子在碰前后能量守恒，,因此有：,——能量守恒,——質量守恒,兩粒子在碰撞過程中，,靜止質量并不守恒。,靜止質量的增量,稱為質量過剩。,實際上碰前兩粒子動能轉化為碰后靜止,復合粒子的內能，即：,解：,可能存在“無質量”粒子,只具有動量、能量，,無,所以也沒有靜能,則：,只以光速運動,（光子、中微子,——預言引力子存在）,,五、能量和動量的關系,例;光子;m0=0,以光速c運動的粒子.,h=6.626x10-34焦耳秒.,光子,,例.靜能量為0.511MeV的電子具有5倍于它的靜能的總能量，試求它的動量和速率。,解：,E=5m0c2,,深層次理論突破實踐上的巨大變化,,,m和E的關系,E=mc2,重核裂變：一個重原子核分裂成為兩個（或更多個）中等質量碎片的現(xiàn)象。,輕核聚變：輕核在一定高溫條件下融合成較重的核，所以又稱熱核反應,六、質能關系的重要應用（選學內容）,核燃料主要有235U(鈾)、239Pu(钚)和233Th(釷)。,（1）核裂變過程（以235U為例）：當235U核吸收一個中子后，就會形成復合236U核，而236U核是不穩(wěn)定的，它很快發(fā)生形變由橢球形進而變成不對稱的啞鈴形，然后發(fā)生斷裂，成為兩個略有大小差異的產(chǎn)物核，同時放出若干個中子，下圖為復合核裂變示意。,(2)鏈式反應與臨界質量鏈式反應：重核的裂變是通過中子的轟擊實現(xiàn)的核裂變過程中有“次級中子”再去轟擊重核引起另一次裂變，然后再產(chǎn)生中子形成一種核裂變的“鏈條”，使得裂變反應一直延續(xù)下去，這種連續(xù)不斷的裂變反應就叫做“鏈式反應”。,臨界質量：對于一種核燃料以及一種核燃料區(qū)的形狀，例如球形、柱形或其它，都有一相應的最小體積（或質量）使中子逃逸幾率足夠小以致能維持核燃料區(qū)內的鏈式反應，這個體積（或質量）就稱為臨界體積（或臨界質量）。核燃料的質量達到臨界質量是維持鏈式反應的必要條件。臨界質量的大小除了與核燃料區(qū)的形狀直接相關外，還與核燃料的性質（濃縮度、材料密度）密切相關。,（3）原子彈原子彈利用的是不加控制的鏈式裂變反應，從而在瞬時間可以形成雪崩式的裂變反應，使大量核燃料在極短時間內“燃燒”釋放出大量能量，造成極端嚴重的殺傷和破壞。,,（4）氫彈核聚變首先是在氫彈中實現(xiàn)的。氫彈中熱核反應所需要的高溫高密度條件一開始是由一顆原子彈提供的，這個原子彈被稱為氫彈的“扳機”，然后，由熱核反應產(chǎn)生的能量的在一定時間內繼續(xù)維持熱核反應所必須的條件。于是氫彈就能在短時間內釋放大量能量，形成比原子彈威力大幾倍的大規(guī)模毀滅性武器。,（5）核電站鏈式反應的控制原子彈是一種不加控制的裂變反應器，它在極短時間內釋放出大量核能，極具破壞性，很難被作為能源來利用。因此裂變能的和平利用，首先要解決鏈式反應的控制，一是要控制其超臨界度，不能讓它發(fā)生雪崩式的反應；二是要使它在超臨界和次臨界狀態(tài)間隨意轉換。,鏈式反應的控制方法通過快速的機械手段改變核燃料的質量來調節(jié)系統(tǒng)達到臨界條件。讓快中子在某些特定的介質中通過碰撞損失其能量而變成熱中子（慢中子），這個過程稱為慢化，而那些特定介質就稱為慢化劑。重水是最好的慢化劑，石墨也是一種良好的慢化劑，費米就是用它作成世界上第一個反應堆的。控制熱中子：采用鎘（48Cd）作為熱中子反應堆的控制棒。,1942年世界上第一個核反應堆運行成功。由于保密，不允許拍照，這里只是一張油畫。圖中右上方手握大罐的三位青年物理學家組成“敢死隊”，萬一發(fā)生意外，他們就將吸收中子的鎘溶液注入反應堆。而站在下面的那位科學家正按照費米的指令，一點一點地往外抽最后一根鎘棒，以啟動鏈式反應。,核裂變發(fā)電站概貌核電站組成:核反應堆、熱交換器和發(fā)電裝置。核反應堆通常采用熱中子堆,反應堆的堆心是原子能發(fā)電站的心臟，其中有燃料棒、慢化劑、冷卻劑和控制棒（鎘棒）。當鎘棒插入時，堆心處于次臨界狀態(tài)，鎘棒拔出時堆心就處于超臨界狀態(tài)，于是控制鎘棒就可以控制反應堆的運行。冷卻劑用來冷卻燃料棒，并通過熱交換器將熱量送到無放射性的發(fā)電部分，供發(fā)電使用。,研究性重水反應堆,中國1980年建成的高通量工程試驗堆堆芯,核電雖然造價較高，但運行成本低于火電，環(huán)境污染也比火電小得多，作為一種極好的能源，將來會在全世界廣泛推廣使用。但也要警惕其危險性。,秦山核電站鳥瞰,