大學(xué)物理：第04章 相對論基礎(chǔ)

經(jīng)典力學(xué)：經(jīng)典力學(xué)：1. 經(jīng)典物理學(xué)的理論基礎(chǔ)經(jīng)典物理學(xué)的理論基礎(chǔ)220000( , , ),ttd rmF r v tdtrr vv 初始條件：定解問題定解問題力學(xué)問題：力學(xué)問題： ( )rr t其解精確確定精確確定對力的認(rèn)識：對力的認(rèn)識： 力是物體與物體之間的相互作用力是物體與物體之間的相互作用 自然界中物體之間存在各種相互作用，但就其實(shí)自然界中物體之間存在各種相互作用，但就其實(shí)質(zhì)而言，只有以下四種相互作用；即：質(zhì)而言，只有以下四種相互作用；即：引力相互作用電磁相互作用強(qiáng)相互作用弱相互作用相互作用名稱相互作用名稱 中間媒介中間媒介 強(qiáng)度強(qiáng)度 作用規(guī)律作用規(guī)律 力程力程(m)強(qiáng)相互作用強(qiáng)相互作用 膠子和介子膠子和介子 1 ？(漸近自由漸近自由) 10-15 電磁相互作用電磁相互作用 光子光子 10-2 麥克斯韋方程麥克斯韋方程 長程長程弱相互作用弱相互作用 中間玻色子中間玻色子 10-5 ?(弱電統(tǒng)一弱電統(tǒng)一) 10-17 引力作用引力作用 引力子？引力子？ 10-38 萬有引力定律萬有引力定律 長程長程四種相互作用四種相互作用The Nobel Prize in Physics 1979 for their contributions to the theory of the unified weak and electromagnetic interaction between elementary particles, including, inter alia, the prediction of the weak neutral current Sheldon Lee Glashow Abdus Salam Steven Weinberg The Nobel Prize in Physics 2004David J. Gross H. David Politzer Frank Wilczek 1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 of the prize USA (1941) USA (1949) USA (1951)for the discovery of asymptotic freedom in the theory of the strong interaction 物體之間通過中間媒介產(chǎn)生相互作用，相互作用物體之間通過中間媒介產(chǎn)生相互作用，相互作用的傳遞需要時(shí)間，不是超距作用。的傳遞需要時(shí)間，不是超距作用。 宏觀世界里除了重力來源于萬有引力外，其它的宏觀世界里除了重力來源于萬有引力外，其它的力幾乎都源于電磁力。力幾乎都源于電磁力。 對牛頓力學(xué)的認(rèn)識：對牛頓力學(xué)的認(rèn)識： 絕對時(shí)空觀絕對時(shí)空觀 機(jī)械決定論機(jī)械決定論 不滿足相對論協(xié)變性；滿足伽利略變換不滿足相對論協(xié)變性；滿足伽利略變換 高速微觀領(lǐng)域失效高速微觀領(lǐng)域失效電磁學(xué)：電磁學(xué)：電磁基本理論：電磁基本理論： 麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組電磁學(xué)研究的基本問題：電磁學(xué)研究的基本問題：電磁相互作用的基本規(guī)律。電磁相互作用的基本規(guī)律。( )()( )( )( )0( )( )0()()oiSViSmLSoidiLSiD dSqdVB dSdBE dldSdttDH dlIIJdSt 對電磁學(xué)的認(rèn)識：對電磁學(xué)的認(rèn)識： 滿足相對論協(xié)變性滿足相對論協(xié)變性 解釋微觀現(xiàn)象失效解釋微觀現(xiàn)象失效光學(xué)：光學(xué)：幾何光學(xué)：幾何光學(xué)：波動(dòng)光學(xué)的近似波動(dòng)光學(xué)的近似波動(dòng)光學(xué)：波動(dòng)光學(xué)：波動(dòng)理論電磁學(xué)波動(dòng)理論電磁學(xué)量子光學(xué)：量子光學(xué)：光的量子理論光的量子理論(近代物理近代物理)熱學(xué)：熱學(xué)：熱力學(xué)定律：熱力學(xué)定律：熱學(xué)基本理論：熱學(xué)基本理論：熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律麥克斯韋玻爾茲曼（麥克斯韋玻爾茲曼（MB）統(tǒng)計(jì)）統(tǒng)計(jì)費(fèi)米狄拉克（費(fèi)米狄拉克（FD）統(tǒng)計(jì)）統(tǒng)計(jì)(近代物理學(xué)近代物理學(xué))玻色愛因斯坦（玻色愛因斯坦（BE）統(tǒng)計(jì)）統(tǒng)計(jì)(近代物理學(xué)近代物理學(xué))系綜理論系綜理論 (近代物理學(xué)近代物理學(xué)) 統(tǒng)計(jì)理論：統(tǒng)計(jì)理論：熱學(xué)研究方法：熱學(xué)研究方法：宏觀方法宏觀方法熱力學(xué)熱力學(xué)微觀方法微觀方法統(tǒng)計(jì)物理學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 熱力學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng) 個(gè)別粒子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，但大量粒子運(yùn)動(dòng)的集體個(gè)別粒子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，但大量粒子運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)存在著一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。表現(xiàn)存在著一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。對熱學(xué)的認(rèn)識對熱學(xué)的認(rèn)識揭示實(shí)際自然過程的不可逆性揭示實(shí)際自然過程的不可逆性揭示有序運(yùn)動(dòng)與無序運(yùn)動(dòng)的區(qū)別揭示有序運(yùn)動(dòng)與無序運(yùn)動(dòng)的區(qū)別物理學(xué)的大廈已經(jīng)落成。物理學(xué)的大廈已經(jīng)落成?！癟he grand underlying principles (of the physical world around us) have been firmly established; . . . . . the future truths of physics are to be looked for in the sixth place of decimals” A. A. Michelson (end of 19th century) 力學(xué)：力學(xué)：牛頓運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律牛頓運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律熱學(xué)：熱學(xué)：熱力學(xué)定律與統(tǒng)計(jì)理論熱力學(xué)定律與統(tǒng)計(jì)理論電磁學(xué)（電磁學(xué)和光學(xué)）：電磁學(xué)（電磁學(xué)和光學(xué)）：麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組十九世紀(jì)的末期物理學(xué)家認(rèn)為物理學(xué)由：十九世紀(jì)的末期物理學(xué)家認(rèn)為物理學(xué)由：2.2.經(jīng)典物理學(xué)的危機(jī)經(jīng)典物理學(xué)的危機(jī)物理學(xué)家開爾文稱：物理學(xué)的晴朗物理學(xué)家開爾文稱：物理學(xué)的晴朗 天空天空 上籠罩著兩朵烏云上籠罩著兩朵烏云“Two clouds”（兩朵烏云）（兩朵烏云）on the horizon of 20th century physics: l black body radiation contradicts predictions of thermodynamics. l Michelson-Morley experiment contradicts Newtonian relativity. Other clouds：l Photoelectric effect could not be explained by electromagnetic theory.l x-rays and radioactivity seemed outside the realms of classical physics completely. Michelsons ingenious trickWhat happened to the ether?實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否定的！實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否定的！“我的實(shí)驗(yàn)竟我的實(shí)驗(yàn)竟然對相對論這然對相對論這個(gè)怪物的誕生個(gè)怪物的誕生起了作用，我起了作用，我對此感到十分對此感到十分遺憾。遺憾?！盩he Nobel Prize in Physics 1907Albert Abraham Michelson USA Chicago University Chicago, IL, USA b.1852(in Strelno, then Germany)d.1931for his optical precision instruments and the spectroscopic and metrological investigations carried out with their aid物理學(xué)晴朗的天空中浮現(xiàn)著兩朵烏云。物理學(xué)晴朗的天空中浮現(xiàn)著兩朵烏云。the discovery of the X-rays This is one of the most famous images in photographic history and propelled him within two more weeks into an international celebrity. The medical implications were immediately realised and the first images of fractured bones were being made by January 1896 even though none yet knew what the mystery rays were.The Nobel Prize in Physics 1901 in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the remarkable rays subsequently named after himWillhelm Konrad Rotgen (1845-1923) Discovery of radioactivityThe Nobel Prize in Physics 1903 Antoine Henri Becquerel (1852-1908)Pierre Curie (1859-1906)Marie Curie (1867-1934)in recognition of the extraordinary services he has rendered by his discovery of spontaneous radioactivityin recognition of the extraordinary services they have rendered by their joint researches on the radiation phenomena discovered by Professor Henri Becquerel3.3.近代物理學(xué)的的兩大理論支柱近代物理學(xué)的的兩大理論支柱l Relativityl Quantum mechanics量子物理的基本概念量子物理的基本概念量子力學(xué)解決問題的基本思路和方法量子力學(xué)解決問題的基本思路和方法 量子物理在現(xiàn)在技術(shù)中的重要應(yīng)用量子物理在現(xiàn)在技術(shù)中的重要應(yīng)用 主要教學(xué)內(nèi)容：主要教學(xué)內(nèi)容：1) 1) 擺脫經(jīng)典的束縛擺脫經(jīng)典的束縛 注重實(shí)驗(yàn)事實(shí)注重實(shí)驗(yàn)事實(shí)2) 2) 處理好形象與抽象的關(guān)系處理好形象與抽象的關(guān)系3) 3) 對應(yīng)關(guān)系：對應(yīng)關(guān)系：學(xué)習(xí)注意事項(xiàng)：學(xué)習(xí)注意事項(xiàng)： 新理論是在原有的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以在極新理論是在原有的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以在極限情況下可以回到限情況下可以回到原有的理論。但量子范圍內(nèi)的很多概念原有的理論。但量子范圍內(nèi)的很多概念找不到經(jīng)典的對應(yīng)，是一個(gè)全新的領(lǐng)域。找不到經(jīng)典的對應(yīng)，是一個(gè)全新的領(lǐng)域。Albert Einstein（1879 1955）4-2 4-2 狹義相對論的基本假設(shè)狹義相對論的基本假設(shè)4-3 4-3 狹義相對論時(shí)空觀狹義相對論時(shí)空觀4-4 4-4 洛侖茲變換洛侖茲變換4-5 4-5 相對論的動(dòng)力學(xué)問題相對論的動(dòng)力學(xué)問題4-1 4-1 伽利略變換和牛頓絕對時(shí)空觀伽利略變換和牛頓絕對時(shí)空觀1.1.伽利略變換伽利略變換1.1 1.1 事件與參照系事件與參照系( , , , )P xyzt:S( , , , )P xyzt:S事件：事件：有明確的地點(diǎn)與時(shí)間的一件事：有明確的地點(diǎn)與時(shí)間的一件事：P(x, y, z, t) 參照系：參照系：不同參照系對同一事件發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間不同參照系對同一事件發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間的測量結(jié)果一般不同。例：的測量結(jié)果一般不同。例： 1.2 1.2 伽利略坐標(biāo)變換伽利略坐標(biāo)變換sutxxPzzOOxyyxs( , , , )P xyzt:S( , , , )P xyzt:Sxxutyyzztt xxutyyzztt 1.3 1.3 伽利略速度變換伽利略速度變換xxyyzzvvuvvvv :(,):(,)xyzxxxvvvvvvSSxxyyzzvvuvvvv 2.2.牛頓的絕對時(shí)空觀牛頓的絕對時(shí)空觀11111222221111122222: (, ),(, ): (, ),(, )P x y z tP xyz tP x y z tP xyz tSS 2 1 22 1 22 1 2 212212212)()()()()()(ttllzzyyxxlzzyyxxl時(shí)間：時(shí)間：是一種自然的流逝。是一種自然的流逝?！敖^對的真實(shí)的數(shù)學(xué)絕對的真實(shí)的數(shù)學(xué)時(shí)間，就其本質(zhì)而言，是永遠(yuǎn)均勻地流逝著，與時(shí)間，就其本質(zhì)而言，是永遠(yuǎn)均勻地流逝著，與外界事物無關(guān)。外界事物無關(guān)?！苯^對時(shí)空觀：絕對時(shí)空觀：空間：空間：是一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的場所。是一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的場所。“絕對的空間就其絕對的空間就其本質(zhì)而言與外界事物無關(guān)，它從不運(yùn)動(dòng)，并且永遠(yuǎn)本質(zhì)而言與外界事物無關(guān)，它從不運(yùn)動(dòng)，并且永遠(yuǎn)不變。不變?！?.3.力學(xué)相對性原理力學(xué)相對性原理 力學(xué)基本定律在所有的慣性參照系中都等效。力學(xué)基本定律在所有的慣性參照系中都等效。 舟行而不覺舟行而不覺力學(xué)基本定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式在伽利略變換下力學(xué)基本定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式在伽利略變換下保持不變。保持不變。1.1.光的速度與邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)光的速度與邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn))/(1000. 3)/(1099792458. 288smsmc1.1 1.1 光的速度光的速度問題：問題：c是相對于哪一個(gè)參照系的速度？是相對于哪一個(gè)參照系的速度？（與參照系的選擇無關(guān)。）（與參照系的選擇無關(guān)。）光速光速c是宏觀世界物體運(yùn)動(dòng)的極限速度。是宏觀世界物體運(yùn)動(dòng)的極限速度。以太說：以太說： 宇宙中彌漫著一種無所不在的媒質(zhì)，萬物宇宙中彌漫著一種無所不在的媒質(zhì)，萬物（包括光）相對于該媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)。（包括光）相對于該媒質(zhì)運(yùn)動(dòng)。以太實(shí)際上被認(rèn)以太實(shí)際上被認(rèn)為是一種絕對空間。為是一種絕對空間。 若以太存在，對地球上的觀察者來，不同方若以太存在，對地球上的觀察者來，不同方向的光速應(yīng)不同。向的光速應(yīng)不同。1.1 1.1 以太說與邁克爾遜以太說與邁克爾遜- -莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn)邁克爾遜邁克爾遜 莫雷實(shí)驗(yàn)：莫雷實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否定的！實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否定的！“我的實(shí)驗(yàn)竟我的實(shí)驗(yàn)竟然對相對論這然對相對論這個(gè)怪物的誕生個(gè)怪物的誕生起了作用，我起了作用，我對此感到十分對此感到十分遺憾。遺憾?！?.2 2.2 相對性原理：相對性原理：2.1 2.1 光速不變假設(shè)光速不變假設(shè)2.2.狹義相對論的基本假設(shè)狹義相對論的基本假設(shè) 一切物理定律在所有的慣性系中都等效。一切物理定律在所有的慣性系中都等效。物理定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式在所有的慣性系中具有物理定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式在所有的慣性系中具有相同的形式。相同的形式。 在所有的慣性系中在所有的慣性系中,真空中的光速恒為真空中的光速恒為c ，與光與光源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。源或觀察者的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。 伽利略變換與光速不變性假設(shè)不相符。伽利略變換與光速不變性假設(shè)不相符。 狹義相對論的基本假設(shè)否定了絕對空間的存在。狹義相對論的基本假設(shè)否定了絕對空間的存在。 建立了新的物理理論。建立了新的物理理論。1.“1.“同時(shí)同時(shí)”的相對性的相對性Altcu clttBA0Bltcu BAttS(AB):、 靜止SA2l0BS(AB):u、 以速度 運(yùn)動(dòng)S AB2lu 在一個(gè)參照系中測得同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在在一個(gè)參照系中測得同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，在另一個(gè)參照系中測得未必同時(shí)發(fā)生，相對論中同時(shí)另一個(gè)參照系中測得未必同時(shí)發(fā)生，相對論中同時(shí)只有相對的意義。只有相對的意義。結(jié)論：結(jié)論：cdt202221124c tdut 0221/tuc 2.2.時(shí)間量度的相對性時(shí)間量度的相對性S():鐘靜止SdMCS():u鐘以速度 運(yùn)動(dòng)S d/2u t/2c tCMu結(jié)論：結(jié)論：1）運(yùn)動(dòng)的鐘變慢：）運(yùn)動(dòng)的鐘變慢：0221/tuc 2）運(yùn)動(dòng)參照系中所有物理過程的節(jié)奏都變慢了。）運(yùn)動(dòng)參照系中所有物理過程的節(jié)奏都變慢了。clt02221/ttuc 3.3.長度量度的相對性長度量度的相對性2201/llucS():尺靜止SlS():u尺以速度 運(yùn)動(dòng)Slu22112cvclvclvclt結(jié)論：結(jié)論：1）運(yùn)動(dòng)的尺變短：）運(yùn)動(dòng)的尺變短：2201/lluc2）運(yùn)動(dòng)參照系中所有物體沿運(yùn)動(dòng)方向的尺度縮短了。）運(yùn)動(dòng)參照系中所有物體沿運(yùn)動(dòng)方向的尺度縮短了。 例例4-1 4-1 父與子：父與子： 例例4-2 4-2 盡快獲知有無外星人的盡快獲知有無外星人的“好辦法好辦法”：某外星某外星M離地球離地球2萬光年（即光從地球傳播到該外萬光年（即光從地球傳播到該外星需星需2萬年時(shí)間），某宇航員以速度萬年時(shí)間），某宇航員以速度u從地球出發(fā)從地球出發(fā)駛向該外星。假設(shè)宇航員估計(jì)自己還能活駛向該外星。假設(shè)宇航員估計(jì)自己還能活100年，年，問：該宇航員是否可能在有生之年抵達(dá)外星？若問：該宇航員是否可能在有生之年抵達(dá)外星？若可能，其速度可能，其速度u至少為多大？至少為多大？ 作業(yè)：作業(yè)：13-6、13-9。（第一版）。（第一版）13-6、13-9。（第二版）。（第二版）1.1.洛倫茲坐標(biāo)變換洛倫茲坐標(biāo)變換( , , , )P xyztS:( , , , )P xyztS:yyvtxxP221/xvczzOOxSS22221/1/xvtxvcxvtxvc 222221/1/xvtxvctvx ctvc 考慮到橫向長度不變，得：考慮到橫向長度不變，得：2()(/)xxvtyyzzttvx c 2()(/)xxvtyyzzttvxc 洛倫茲坐標(biāo)變換洛倫茲坐標(biāo)變換221()1/vc2 2洛倫茲速度變換洛倫茲速度變換 2/1/xxxuvdxdxdtudtdtdtu v c 2/(1/)yyxudydydtudtdtdtu v c 2/(1/)zzxudzdzdtudtdtdtu v c :(,):SS (,)xyzxyzuuuuuu2221/(1/)(1/)xxxyyxzzxuvuu v cuuu v cuuu v c 結(jié)論：結(jié)論： 洛倫茲速度變換滿足光速不變性的假設(shè)。洛倫茲速度變換滿足光速不變性的假設(shè)。)1 ( )1 ( 1222cvuuucvuuucvuvuuxzzxyyxxx3 3由洛倫茲變換討論相對論時(shí)空由洛倫茲變換討論相對論時(shí)空 3.1 3.1 時(shí)間量度的相對性時(shí)間量度的相對性xyOSx1x2t1t2yOxS1t2t12xx3.2 3.2 長度量度的相對性長度量度的相對性111221212122()()()/1/xxvtxxvtxxxxlllvc xyOSx1x2t1t1yOxS1t2t1x2x 在在S 系同時(shí)測量尺子系同時(shí)測量尺子長度長度l 的事件；在的事件；在S系中，系中，該事件也要求同時(shí)測量時(shí)，該事件也要求同時(shí)測量時(shí)，其長度為其長度為l 。3.3 “3.3 “同時(shí)同時(shí)”的相對性的相對性yOxS1t1t1x2x2111221222121(/)(/) ()/0ttvxcttvxcttv xxcxyOSx1x2t1t2 在在S 系同時(shí)、不同地發(fā)系同時(shí)、不同地發(fā)生的事件；在生的事件；在S系中，該系中，該事件則不是同時(shí)發(fā)生的。事件則不是同時(shí)發(fā)生的。3.4 3.4 事件的先后順序與因果律事件的先后順序與因果律yOxS1t2t1x2xxyOSx1x2t1t2211122222212121(/)(/)()/ttvxcttvxcttttv xxc210tt210tt事件的先后順序可能倒置事件的先后順序可能倒置! !由因果關(guān)系事件先后順序不可能倒置！由因果關(guān)系事件先后順序不可能倒置！例例4-3 4-3 誰先動(dòng)手：誰先動(dòng)手： 在一節(jié)長為在一節(jié)長為100米的車廂里，米的車廂里，A在車廂尾，在車廂尾，B在車廂在車廂頭。火車以頭?；疖囈?.6c的速度駛過一個(gè)站臺時(shí)，站臺上的的速度駛過一個(gè)站臺時(shí)，站臺上的人先看到人先看到A向向B開槍，過了開槍，過了0.125微秒后，微秒后，B向向A開開槍。問：在車上的乘客看來，是誰先開槍？兩人槍。問：在車上的乘客看來，是誰先開槍？兩人開槍的時(shí)間差為多少？開槍的時(shí)間差為多少？解：解： 例例4-4 在地面上測到有兩個(gè)飛船分別以在地面上測到有兩個(gè)飛船分別以0.9c和和-0.9c的速度向相反方向飛行。求此一飛船相對于另一飛的速度向相反方向飛行。求此一飛船相對于另一飛船的速度多大？船的速度多大？解：解：例例4-5 在太陽參考系中觀察，一束星光垂直射向地在太陽參考系中觀察，一束星光垂直射向地面速率為面速率為c，而地球以速率，而地球以速率u垂直于光線運(yùn)動(dòng)。垂直于光線運(yùn)動(dòng)。求在地面上測量，這束星光的速度的大小與方向求在地面上測量，這束星光的速度的大小與方向各如何？各如何？解：解：作業(yè)：作業(yè)：13-10、13-12。（第一版）。（第一版）13-10、13-12。（第二版）。（第二版）1 1經(jīng)典動(dòng)力學(xué)及其局限性經(jīng)典動(dòng)力學(xué)及其局限性( (不適合高速運(yùn)動(dòng)不適合高速運(yùn)動(dòng)) ) 1.2 1.2 經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的局限性：經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的局限性：局限性：局限性：高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不能適用，不滿足相對性原高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不能適用，不滿足相對性原理，即不滿足洛侖茲變換下的不變性。理，即不滿足洛侖茲變換下的不變性。 經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的改造：經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的改造：2）重修定義相關(guān)物理量，物理定律不變。）重修定義相關(guān)物理量，物理定律不變。1）改造物理定律，物理量的定義不變；）改造物理定律，物理量的定義不變；2 2相對論的質(zhì)量與動(dòng)量相對論的質(zhì)量與動(dòng)量2.1 2.1 相對論的質(zhì)量相對論的質(zhì)量0221/mmvc2.2 2.2 相對論的動(dòng)量相對論的動(dòng)量0221/m vpmvvc2.3 狹義相對論質(zhì)量和速度關(guān)系的推導(dǎo)狹義相對論質(zhì)量和速度關(guān)系的推導(dǎo)m1m2v1v2y O xS（a）碰撞前）碰撞前v-vm OxymuSV=um1+m2 OxSy（b）碰撞后）碰撞后u2mV =0 x OyS ,( )?pmv mm v具體推導(dǎo)過程：具體推導(dǎo)過程： * . 狹義相對論動(dòng)力學(xué)基本方程狹義相對論動(dòng)力學(xué)基本方程* .1 狹義相對論的動(dòng)力學(xué)基本方程：狹義相對論的動(dòng)力學(xué)基本方程：00322222()(1)1dpdm vmdvFdtdtdtvvcc故得，高速運(yùn)動(dòng)物體的加速度為：故得，高速運(yùn)動(dòng)物體的加速度為：23220(1)dvFvadtmc由此可見，當(dāng)由此可見，當(dāng) 時(shí)，時(shí)，vc0 dvdt。結(jié)論：結(jié)論：無論作用力多大，都不能使物體的速度超過無論作用力多大，都不能使物體的速度超過光速。即光速是物體運(yùn)動(dòng)速度的極限。光速。即光速是物體運(yùn)動(dòng)速度的極限。3.3.相對論的能量相對論的能量動(dòng)能：動(dòng)能：Emcm ck202 總能：總能：Emc2靜能：靜能：Em c002推導(dǎo)過程：推導(dǎo)過程： 00200020022220222200022() 1/1/ 1/xxvvvxxudpAFdxdxvd mvmvmvdvdtm vm vdvvcvcm cm cmcm cuc另一種推導(dǎo)方法：另一種推導(dǎo)方法： 假設(shè)質(zhì)點(diǎn)在外力假設(shè)質(zhì)點(diǎn)在外力 作用下，由靜止開始沿作用下，由靜止開始沿x軸作一軸作一維運(yùn)動(dòng)。當(dāng)速度達(dá)到維運(yùn)動(dòng)。當(dāng)速度達(dá)到v時(shí)，其具有的動(dòng)能為外力所做的時(shí)，其具有的動(dòng)能為外力所做的功。功。F2022022202322023220 1)1 ( )1 (000cmmccmcvcmcvvdvmdxdtdvcvmrdFAEExxxxrrkk。式中： 1 ; )1 ( 22023220cvvmmvpdtdvcvmdtdpF大亞灣核電站大亞灣核電站4.4.相對論動(dòng)力學(xué)基本方程相對論動(dòng)力學(xué)基本方程 02203222()1/ (1/)dpdm vFdtdtvcmdvdtvc作業(yè)：作業(yè)：13-16、13-18。（第一版。（第一版）13-16、13-18。（第二版。（第二版）