2022-2023学年高二物理竞赛课件：相对论中的能量

相对论中的能量 1. 质能相当 总能量 = 静止能量 + 普通动能 + …… 相对论中的能量 质速关系， 低速情况， 动能贡献质量，质能相当 即， 静止质量 = 静止能量，总质量 = 总能量！ ？ 相对论动力学基本方程 其中 m 经典力学 相对论力学 力的作用 产生 改变速度 的大小、方向 改变速度 改变质量 F长时间 作用 力的方向 取决于 取决于 合矢量方向 方程虽保持了原牛顿定律的框架但内容却有别 质速关系： 两边微分： 能量守恒，能量=做功， 猜测 ！理由呢？ 质速方程 ======= 质能方程！ 能量守恒 能量守恒：动能增量 = 外力做功 x 初态: 末态: 相对论的动能 总能量 = 静止能量 + 普通动能 + … ？ 质速方程， 两边求导 动量改变=质速方程求导 6 相对论动能形式与牛顿力学动能形式完全不同。 若电子速度为 ，则相对论动能 速度和动能的关系： 动能无限增大，但速度有极限，c 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 9.0 牛顿速度： 洛伦兹速度： 讨论 2). 当 时，相对论动能公式约化为牛顿动能公式。 1). 相对论的的动能是 和 的差额，此动能区别于传统动能！ ★ 动能 传统动能 速度贡献+质量贡献 例如: 静止电子: 原子能就是开发利用静止能量 相当于20吨汽油燃烧的能量。 静止能量 (物体内能之和) ★ ★ 动能 ★ 总能量 以速度 运动的总能量： 1). 任何宏观静止的物体都具有能量； 讨论 2). 相对论质量是能量的量度； 意义: 一物体质量变化△m, 等于它能量的变化△E 能量的变化又反映在外能（动能）的变化 3). （动）质（外）能可以互相转化 10 例: 氢弹的核聚变 求: (a)形成一个氦核放出多少能量? (b)形成 1mol氦核放出多少能量? 质量亏损 转化为能量 质量亏损 解: (a) 反应前总静止质量 反应后总静止质量 质量亏损 (仅一个氦核） $