大学物理课件：第24章狭义相对论.ppt

•狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理•狭义相对论的一些结论狭义相对论的一些结论•广义相对论简介广义相对论简介相对论相对论  狭义相对论狭义相对论 (Special Relativity) 研究研究 : 惯性系中物理规律及其变换惯性系中物理规律及其变换 揭示揭示 : 时间、空间和运动的关系时间、空间和运动的关系  广义相对论广义相对论(General Relativity) 研究研究:非惯性系中物理规律及其变非惯性系中物理规律及其变 换换 揭示揭示 : 时间、空间和物质分布的关系时间、空间和物质分布的关系20世纪最伟大的物理学世纪最伟大的物理学改革家，相对论的创始改革家，相对论的创始人，主要科学业绩：人，主要科学业绩：•早期对布朗运动的研早期对布朗运动的研究究•狭义相对论的创建狭义相对论的创建•推动量子力学的发展推动量子力学的发展•建立了广义相对论建立了广义相对论•1905年创建的年创建的狭义相对论狭义相对论•1916年创建的年创建的广义相对论广义相对论•1921年获诺贝尔物理学奖金年获诺贝尔物理学奖金•1906年用量子理论说明了年用量子理论说明了固体固体热容热容与温度的关系与温度的关系•1912年用年用光量子光量子概念建立了光概念建立了光化学定律化学定律•1916年提出年提出自自激发射和受激发激发射和受激发射射的概念，为激光的出现奠定的概念，为激光的出现奠定了理论基础了理论基础•1924年提出了年提出了量子统计方法量子统计方法--玻色玻色-爱因斯坦统计法。

爱因斯爱因斯坦统计法爱因斯坦用广义相对论研究整个坦用广义相对论研究整个宇宙宇宙的时空结构的时空结构爱因斯坦爱因斯坦 ( ( Albert Einstein, 1879—1955 ) ) 1895年年(16岁岁)：追光假想实验：追光假想实验(如果我以速如果我以速度度c追随一条光线运动，那么我就应当看到，追随一条光线运动，那么我就应当看到，这样一条光线就好象在空间里振荡着而停这样一条光线就好象在空间里振荡着而停滞不前的电磁场可是无论是依据经验，滞不前的电磁场可是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情从一开始，在我直觉地看来就样的事情从一开始，在我直觉地看来就很清楚，从这样一个观察者来判断，一切很清楚，从这样一个观察者来判断，一切都应当象一个相对于地球是静止的观察者都应当象一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样一些定律进行所看到的那样按照同样一些定律进行)1999年：英国年：英国<<物理世界物理世界>>杂志推出的千年刊评选有史杂志推出的千年刊评选有史以来最杰出的十位物理学家：以来最杰出的十位物理学家：1.爱因斯坦爱因斯坦( (美籍德国人，美籍德国人，19211921* *) )，，2.2.牛顿牛顿( (英国英国) )，，3.3.麦克麦克斯韦斯韦( (英国英国), 4. ), 4. 玻尔玻尔( (丹麦，丹麦，1922)1922)，， 5.5.海森伯海森伯( (德国，德国，1932)1932)，，6.6.伽利略伽利略( (意大利意大利) )，，7.7.费因曼费因曼( (美国，美国，1965), 8.1965), 8.狄拉克狄拉克( (英国，英国，1933)1933)，，9.9.薛定谔薛定谔( (奥地利，奥地利，1933), 10.1933), 10.卢卢瑟福瑟福( (新西兰新西兰) )牛顿的绝牛顿的绝对时空观对时空观相对不同的参照系，长度和时间相对不同的参照系，长度和时间的测量结果都一样吗？的测量结果都一样吗？如何区别如何区别“普通时间普通时间”与绝对时间与绝对时间？如何从诸多的惯性系中找到？如何从诸多的惯性系中找到“绝绝对参照系对参照系”？？ 绝对时空不能观测，也不能用任何实绝对时空不能观测，也不能用任何实验证明。

但是，它在理解牛顿定律中所验证明但是，它在理解牛顿定律中所起的巨大作用，迫使牛顿引进这一概念起的巨大作用，迫使牛顿引进这一概念 一样！一样！人类无能为力，人类无能为力，只有上帝知道！只有上帝知道！第二十四章第二十四章 狭义相对论狭义相对论§1狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理一、伽利略坐标变换式和绝对时空观一、伽利略坐标变换式和绝对时空观用空间坐标（用空间坐标（x、、y、、z）和时间坐标）和时间坐标t描述事件描述事件令两系原点令两系原点O和和O’重合时为记时起点，重合时为记时起点，t=t’=0则有：则有：伽利略坐伽利略坐标正变换标正变换伽利略坐伽利略坐标逆变换标逆变换隐含牛顿力学的绝对时空观：隐含牛顿力学的绝对时空观：空间独立存在、永恒不变、绝对静止的；空间独立存在、永恒不变、绝对静止的；时间与物质运动无关，在永恒、均匀地流逝时间与物质运动无关，在永恒、均匀地流逝二、伽利略速度变换公式二、伽利略速度变换公式伽利略速度伽利略速度变换公式变换公式以以 和和 分别表示同一质点分别表示同一质点P在在S系和系和S’系中的速度，系中的速度，则：则：三、力学相对性原理三、力学相对性原理力学相对性原理（或伽利略相对性原理）：力学相对性原理（或伽利略相对性原理）：对于不同的惯性系，牛顿定律和其他基本规律的形式都对于不同的惯性系，牛顿定律和其他基本规律的形式都相同。

相同1、以太风实验的零结果、以太风实验的零结果麦克斯韦电磁理论与经典力学有若干不一致的地方麦克斯韦电磁理论与经典力学有若干不一致的地方19世纪末电磁学有了很大发展世纪末电磁学有了很大发展 1865年年麦麦克克斯斯韦韦( Maxwell)总总结结出出电电磁磁场场方方程程组组; 预预言言了了电电磁磁波波的的存存在在, 并并指指出出其其速速率率各各向向均均为为c (真空中真空中)(与参考系无关与参考系无关); 1888年年赫赫兹兹(Hertz)在在实实验验上上证证实实了了电电磁磁波波的的存存在·这这显显然然和和伽伽利利略略变变换换矛矛盾盾, 按按伽伽利利略略变变换换,光光速速在一个参考系中若是在一个参考系中若是c, 在另一参考系中必不是在另一参考系中必不是c迈克尔逊－莫雷实验历史迈克尔逊－莫雷实验历史①①没有质量；没有质量；②②完全透明；完全透明；③③对运动对运动物体没有阻力；物体没有阻力；④④非常刚性非常刚性爱因斯坦认为：这些困难是由于绝对空间和绝爱因斯坦认为：这些困难是由于绝对空间和绝对时间的概念引起的对时间的概念引起的 为不和伽利略变换矛盾为不和伽利略变换矛盾, , 人们假设人们假设: :宇宙中充满了叫宇宙中充满了叫“以太以太 (ether)(ether)”的物质的物质, , 电磁波靠电磁波靠“以太以太”传播。

把以太传播把以太选作绝对静止的参考系选作绝对静止的参考系; ; 电磁场方程组只在电磁场方程组只在“ 以太以太”参参考系成立考系成立; ; 电磁波在电磁波在“ 以太以太”参考系中速率各向为参考系中速率各向为c c按按伽伽利利略略变变换换, 电电磁磁波波相相对对于于其其他他参参考考系系(如如地地球球)速速率率就就不不会各向均匀会各向均匀, 而和此参考系相对于而和此参考系相对于“ 以太以太”的速度有关的速度有关若若此此, 如如在在地地球球上上测测光光速速,可可能能 > c或或< c，，同同时时可可以以测测出出地球相对于以太的速度地球相对于以太的速度 v——寻找寻找“ 以太风以太风” 的热潮的热潮2. 蟹状星云蟹状星云 蟹蟹状状星星云云到到地地球球的的距距离离大大约约5千千光光年年,而而爆爆发发中中抛抛射射物物的的速速度度V大大约约是是1500Km/s, 按按伽伽利利略略变变换换, 地地球球上上可可持持续续25年年能能看看到到超超星星星星爆爆发发时时所所发发出出的强光的强光.实际上实际上: 还不到两年还不到两年.3. 高速运动的粒子的质量高速运动的粒子的质量随速度增加而增加随速度增加而增加 1901年考夫曼在确定镭发出年考夫曼在确定镭发出的的 射线射线(高速运动的电子束高速运动的电子束)荷荷质比质比e/m的实验中首先发现：的实验中首先发现：电子的电子的荷质比与速度有关。

荷质比与速度有关 ☆☆为更多的人用越来越精密为更多的人用越来越精密的测量不断地重复的测量不断地重复 爱爱因因斯斯坦坦(Einstein)经经过过10年年的的沉沉思思, 于于1905年年发发表表了了 《《论论动动体体的的电电动动力力学学》》作作出出了了对对整整个个物物理理学学都都有变革意义的回答有变革意义的回答 美国物理学家美国物理学家1852 年年12月月19日，日，1837年毕业于美国海军学院，曾任芝加年毕业于美国海军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席、哥大学教授，美国科学促进协会主席、美国科学院院长；还被选为法国科学院美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，院士和伦敦皇家学会会员，1931年年5月月9日在帕萨迪纳逝世日在帕萨迪纳逝世 迈克耳逊主要从事迈克耳逊主要从事光学和光谱学光学和光谱学方方面的研究，以毕生精力从事光速的精密面的研究，以毕生精力从事光速的精密测量 1887年他与莫雷合作，进行了著名年他与莫雷合作，进行了著名的迈克耳孙的迈克耳孙-莫雷实验，这是一个最重大莫雷实验，这是一个最重大的否定性实验，它动摇了经典物理学的的否定性实验，它动摇了经典物理学的基础。

基础 迈迈克克尔尔逊逊在在光光谱谱研研究究和和气气象象学学方方面面所所取取得得的的出出色色成成果果，，使使他他获获得得了了1907年年的诺贝尔物理学奖金的诺贝尔物理学奖金迈克尔逊－莫雷实验迈克尔逊－莫雷实验1、实验目的：测量运动参考系（主要是地球）相对以太、实验目的：测量运动参考系（主要是地球）相对以太的速度2、实验装置：、实验装置：迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪3、实验原理：、实验原理：地球定沿地球定沿GM1方向运动若伽利方向运动若伽利略变换成立，光沿略变换成立，光沿GM1速度为速度为c-v，光沿，光沿M1G，速度，速度c+v，光从，光从G-M1-G所需时间为所需时间为c cGM1M2v光沿光沿GM2的速度和光沿的速度和光沿M2G的速度的速度光从光从G-M2-G所需时间为所需时间为光沿光沿GM2光沿光沿M2GG点发出的两束光到达望远镜的时间差点发出的两束光到达望远镜的时间差GM1M2v光程差光程差仪器旋转仪器旋转900，前后两次光程变化，前后两次光程变化2d d ，干涉条纹移动，干涉条纹移动4、实验结果：、实验结果：零结果零结果在不同季节，不同地理条件下做实验，没有观察到条在不同季节，不同地理条件下做实验，没有观察到条纹的移动。

实验表明：纹的移动实验表明：•相对以太的绝对运动是不存在的，以太不能作为绝相对以太的绝对运动是不存在的，以太不能作为绝对参考系，以太假设不能采用；对参考系，以太假设不能采用；•地球上沿各个方向的光速都是相等的地球上沿各个方向的光速都是相等的•迈克耳逊迈克耳逊—莫雷实验一直被认为是狭义相对论的主莫雷实验一直被认为是狭义相对论的主要实验支柱要实验支柱狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设相对性原理：在彼此作匀速直线运动的一切惯性参考系相对性原理：在彼此作匀速直线运动的一切惯性参考系中，物理定律是相同的爱因斯坦相对性原理）中，物理定律是相同的爱因斯坦相对性原理）说明：相对性原理不仅适用于力学现象，而且适用于一说明：相对性原理不仅适用于力学现象，而且适用于一切物理现象切物理现象光速不变原理：在彼此作匀速直线运动的一切惯性参光速不变原理：在彼此作匀速直线运动的一切惯性参考系中，光在真空中的速率都相等考系中，光在真空中的速率都相等说明：在真空中光的速度和频率与发射体的运动无关，光说明：在真空中光的速度和频率与发射体的运动无关，光沿各个方向传播的速率都相同沿各个方向传播的速率都相同洛仑兹坐标变换公式洛仑兹坐标变换公式变换需满足：变换需满足：（（1）满足相对性原理和光速不变原理这两个基本假设）满足相对性原理和光速不变原理这两个基本假设（（2）当两惯性系的相对速度远小于真空中的光速时，变）当两惯性系的相对速度远小于真空中的光速时，变换关系应过渡为伽利略变换。

换关系应过渡为伽利略变换由于一组由于一组 与一组与一组 相对应，作合理猜测：相对应，作合理猜测：为比例系数，与为比例系数，与 无关逆变换为：逆变换为：yoxzKY’O’X’Z’K’yoxzKY’O’X’K’由光速不变原理：由光速不变原理： 两式相乘：两式相乘：因此，因此，洛仑兹正变换（洛仑兹正变换（S变到变到S’））洛仑兹逆变换（洛仑兹逆变换（S’变到变到S））说明：说明：1、洛仑兹变换代表任何一个物理事件在两个彼此作匀速、洛仑兹变换代表任何一个物理事件在两个彼此作匀速 直线运动的惯性参考系中空间坐标、时间坐标的变换直线运动的惯性参考系中空间坐标、时间坐标的变换 关系2、运用此变换处理问题时，应注意两组时空坐标是否代、运用此变换处理问题时，应注意两组时空坐标是否代 表同一物理事件表同一物理事件3、可看出当、可看出当 时，洛仑兹变换过渡到伽利略变换时，洛仑兹变换过渡到伽利略变换4、为使、为使 和和 保持为实数，保持为实数， 不能大于不能大于 。

表明两表明两 参考系的相对速度不可能大于光速由于参考系总是参考系的相对速度不可能大于光速由于参考系总是 借助于一定的物体而确定的，所以任何物体的速度都借助于一定的物体而确定的，所以任何物体的速度都 不可能超过光速不可能超过光速 是自然界的一个极限速度是自然界的一个极限速度§2狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观一、同时的相对性一、同时的相对性1、、由洛仑兹变换有：由洛仑兹变换有：两系中时间间隔两系中时间间隔为为关系为：关系为：可见，可见，时时表明：在一个惯性系中不同地点、同时发生的事件，在表明：在一个惯性系中不同地点、同时发生的事件，在 相对它运动的任一惯性系中的观测者看来，并不相对它运动的任一惯性系中的观测者看来，并不 同时发生同时发生表明：在一惯性系中同一地点、同时发生的两事件，在相表明：在一惯性系中同一地点、同时发生的两事件，在相 对它运动的任一其他惯性系中的观测者看来，也必对它运动的任一其他惯性系中的观测者看来，也必 定是同时发生的定是同时发生的同时是相对的同时是相对的2、若两事件、若两事件 在在 系中观测者看来是同时发生的，系中观测者看来是同时发生的， 即即 ，则在，则在 系中系中二、时间间隔的相对性（时钟延缓二、时间间隔的相对性（时钟延缓/时间膨胀）时间膨胀）同地点两事件同地点两事件在在S系和系和S’系中时间分别系中时间分别和和时间间隔分别为时间间隔分别为由由得得相对于该惯性系运动的其他惯性系中测得这两事件的时间相对于该惯性系运动的其他惯性系中测得这两事件的时间间隔为间隔为把在某一惯性系中同一地点先后发生的两事件之间的时间把在某一惯性系中同一地点先后发生的两事件之间的时间间隔称为固有时间隔称为固有时时钟延缓时钟延缓/时间膨胀效应时间膨胀效应固有时最短固有时最短表明：时间间隔的相对性。

表明：时间间隔的相对性可穿透的大气厚度为可穿透的大气厚度为例补例补:在静止的实验室中产生的在静止的实验室中产生的 子平均寿命为子平均寿命为 而高能宇宙射线中的而高能宇宙射线中的 子平均寿命却为子平均寿命却为 .试估计试估计宇宙射线中宇宙射线中 子的速度及其可穿透大气的厚度子的速度及其可穿透大气的厚度.设宇宙射线中设宇宙射线中 子的速度为子的速度为 ,则则解解:实验室中实验室中 子的寿命为固有时子的寿命为固有时在地球上对宇宙射线中在地球上对宇宙射线中 子测定的寿命为子测定的寿命为【【例例24-2】】时间膨胀效应的实验验证时间膨胀效应的实验验证—— 基本粒子，它是不基本粒子，它是不 稳定的粒子，会自发地蜕变或衰变，在静止稳定的粒子，会自发地蜕变或衰变，在静止子是一种类似于电子的子是一种类似于电子的参考系中固有的平均寿命为参考系中固有的平均寿命为宇宙射线在高层大气中产生高速宇宙射线在高层大气中产生高速 子，试求速率子，试求速率 的的 子的平均寿命子的平均寿命 在相对静止的坐标系中的平均寿命即固有时在相对静止的坐标系中的平均寿命即固有时 解解: 实验室参照系中观测到的高速实验室参照系中观测到的高速 子的平均寿命子的平均寿命 从上面的计算可以看出，在实验室参照系测得的高速运动从上面的计算可以看出，在实验室参照系测得的高速运动子的平均寿命比静止时的平均寿命长了子的平均寿命比静止时的平均寿命长了7倍多。

倍多 三、长度的相对性（尺度收缩）三、长度的相对性（尺度收缩）YXOX1X2Y’X’O’X’1X’2S’系以速度系以速度v相对于相对于S系运系运动，一细静止于动，一细静止于S’系，并系，并沿沿ox’轴放置S’系中观察系中观察者测得细棒的长度为者测得细棒的长度为通常把观察者相对于棒静止时所测得的长度称为棒的固通常把观察者相对于棒静止时所测得的长度称为棒的固有长度有长度S系系:S’系系:即即或或尺度收缩效应尺度收缩效应表明表明:空间间隔具有相对性空间间隔具有相对性.即从与杆有相对运动的惯性参即从与杆有相对运动的惯性参 考系中测得的长度总小于从与杆相对静止的惯性系考系中测得的长度总小于从与杆相对静止的惯性系 中测得的长度中测得的长度.仅当仅当 时时 ,在绝对时空在绝对时空 观中观中,长度不变长度不变.思考思考:1、在、在Y方向（或方向（或Z方向）有无尺缩效应？方向）有无尺缩效应？ 如果尺子沿如果尺子沿Y’或或Z’方向放置，系仍沿方向放置，系仍沿X轴运动，尺子是轴运动，尺子是 否有尺缩效应？否有尺缩效应？2、、S’系相对系相对S系沿系沿X轴正向运动，尺固定在轴正向运动，尺固定在S’系中沿系中沿X’轴放轴放 置。

问用固定在置问用固定在S’系中尺测得为系中尺测得为 同样尺固定在同样尺固定在S系中测得为系中测得为 ，则在，则在S’系中看系中看S系中尺系中尺 (或或S系中看系中看S’系中尺）是否仍为系中尺）是否仍为 ？不是则为多少？原？不是则为多少？原 因？因？解解:设火箭相对于设火箭相对于 系静止系静止,在在 系中火箭及天线长为系中火箭及天线长为:例补例补:设原长为设原长为10m的火箭上有一长为的火箭上有一长为1m的天线以的天线以 角伸角伸出火箭体出火箭体,当火箭以当火箭以 沿水平方向运动时沿水平方向运动时,地面上的观测者地面上的观测者测得这火箭及其天线的长度各为多少测得这火箭及其天线的长度各为多少?在地面观测火箭及天线的长度为在地面观测火箭及天线的长度为 ,由于沿运动方向由于沿运动方向发生长度收缩发生长度收缩,所以所以而而所以所以【【例例24-3】】一列静止长度为一列静止长度为1200m的超快火车通过一个封闭车站，的超快火车通过一个封闭车站，车站站长说车站长为车站站长说车站长为900m，假设火车通过时，站长说他在封闭的，假设火车通过时，站长说他在封闭的车站内可以看到整列火车，求火车的速率至少该多大？此时火车车站内可以看到整列火车，求火车的速率至少该多大？此时火车上的乘务员看到的车站长度是多少？上的乘务员看到的车站长度是多少？解解 要在要在900m的车站看到整列火车，火车的运动长度必须小于或等的车站看到整列火车，火车的运动长度必须小于或等于于900m，根据长度缩短公式，根据长度缩短公式 解得解得此时，火车上的乘务员看到的车站长度为此时，火车上的乘务员看到的车站长度为 四、相对论的速度变换公式四、相对论的速度变换公式由速度定义：由速度定义：得，得，速度速度正变正变换换速度速度逆变逆变换换1、相对论性动量、相对论性动量动量定义动量定义2、相对论性质量、相对论性质量静质量静质量•光子静止质量为零；光子静止质量为零；•当质点的速度远小于当质点的速度远小于光速时，其相对论性光速时，其相对论性质量近似等于其静质质量近似等于其静质量。

量§20－－3相对论力学相对论力学一、动量和速度的关系一、动量和速度的关系(1) 质质量量m和和速速率率  有有关关(相相对对于于测测量量m所所在在的的参参考考系系的的速速度度, 不是参考系的相对速度不是参考系的相对速度u) 质量和参考系的选择有关质量和参考系的选择有关2)   m  , 速度越大惯性就越大速度越大惯性就越大, 越不易改变原来的运越不易改变原来的运动状态3)  > c时时, m将为虚数将为虚数,无意义无意义, c是是一一切切物物体体速速度度的的极极限限与与洛洛仑仑兹兹变变换换所所得得结结论论一一致致)(4)对于光子对于光子, 速度为速度为c ,而而m又不可能为无限大又不可能为无限大 , 所以光子的静止质量所以光子的静止质量m0 = 0(5)如如   << c ,则则m   m0回到牛顿力学情况回到牛顿力学情况,符合符合“ 对应原理对应原理”讨论讨论狭义相对狭义相对论力学的论力学的基本方程基本方程1、相对论的力学方程、相对论的力学方程2、动量守恒定律、动量守恒定律二、狭义相对论力学的基本方程二、狭义相对论力学的基本方程1901年年德德国国物物理理学学家家考考夫夫曼曼（（Kaufmann））利利用用镭镭的的放放射射性性衰衰变变中中 射射线线的的高高能能电电子子作作实实验验，，发发现现随随速速度度增增加加，，电电子子越越来来越越难难以以加加速速m 越越来来越大。

越大理论曲线理论曲线实实验验数数据据电子加速运动实验电子加速运动实验第二宇宙速度第二宇宙速度 11.2 kms-1 第三宇宙速度第三宇宙速度 17.1 kms-1 高能粒子速度接近高能粒子速度接近 c0 2 4 6 8321实验？实验？加速电压加速电压铝靶热热 电电 偶偶 1、、贝托齐极限速率实验（贝托齐极限速率实验（1962年）年）经典力学认为：经典力学认为： 物体的速度没有上限物体的速度没有上限实验曲线实验曲线经典理论曲线经典理论曲线三、质量与能量的关系三、质量与能量的关系1、推导、推导设一质点在变力的作用下，由静止开始沿设一质点在变力的作用下，由静止开始沿x轴作一维运动轴作一维运动当质点的速度为当质点的速度为v时，它所具有的动能等于外力所作的功时，它所具有的动能等于外力所作的功当当v<

即质点的动能是总能量与静能量之差质能关系质能关系结论：结论：一定的质量相应于一定的能量，二者的数一定的质量相应于一定的能量，二者的数值只相差一个恒定的因子值只相差一个恒定的因子c2 能量守恒能量守恒质量守恒质量守恒总能量总能量静止能量静止能量——比动能、比动能、化学能大上亿倍！化学能大上亿倍！为何长期没为何长期没被人注意？被人注意？1、物质通常不发射能、物质通常不发射能量，直到放射性蜕变量，直到放射性蜕变被发现2、、 m =  E /c2 太小3、牛顿力学中，、牛顿力学中， E 可以可以任意规定，任意规定，A与与 E 联系，联系，  E 有测量意义有测量意义1)1)任何宏观静止的物体具有的能量－内部结任何宏观静止的物体具有的能量－内部结构各层次粒子的能量的总和构各层次粒子的能量的总和·静止能包括物体内各部分的相对运动的动能和相互作用势能静止能包括物体内各部分的相对运动的动能和相互作用势能热能热能 ——分子动能、势能分子动能、势能化学能化学能——使原子结合的能量使原子结合的能量电磁能电磁能——使核和电子结合的能量使核和电子结合的能量结合能结合能——核子间的结合能核子间的结合能 以以及及各各组组成成部部分分(电电子子、、中中子子、、质质子子等等)的静止能的静止能  1 kg的物体的物体E0 = 9 1016 J 1 kg的汽油的汽油 燃烧值燃烧值=4.6 107 J (是是E0的二十亿分之一的二十亿分之一)内涵内涵:2) 2) E E = =mcmc2 2 : : 统一了历史上分别发现的能统一了历史上分别发现的能量守恒和质量守恒这两条独立的自然规律。

量守恒和质量守恒这两条独立的自然规律相对论性质量可以认为是能量的量度粒相对论性质量可以认为是能量的量度粒子物理中常使用粒子质量为子物理中常使用粒子质量为××××MevMev的说法重要意义：重要意义：E = mc2为开创原子能时代提为开创原子能时代提供了理论基础供了理论基础, 被看被看作是具有划时代意义作是具有划时代意义的理论公式的理论公式, 已成为已成为纪念爱因斯坦伟大功纪念爱因斯坦伟大功绩的标志绩的标志相对论为相对论为人类开辟了可谓取之人类开辟了可谓取之不尽的新能源不尽的新能源解解:单位时间内太阳辐射的总能量为单位时间内太阳辐射的总能量为:例补例补:太阳发出的能量是由质子参与一系列热核反应产生太阳发出的能量是由质子参与一系列热核反应产生的的,若已知太阳在单位时间里垂直照射到地球大气层边缘单若已知太阳在单位时间里垂直照射到地球大气层边缘单位面积上的能量约为位面积上的能量约为 ,太阳到地球的平均太阳到地球的平均距离为距离为 ,每秒钟太阳因辐射而失去的质量为多每秒钟太阳因辐射而失去的质量为多少少?太阳每秒钟因辐射而失去的质量为太阳每秒钟因辐射而失去的质量为:太阳总质量为太阳总质量为【【例例24-6】】已知一个粒子的动能等于它本身的静止能量，求该粒已知一个粒子的动能等于它本身的静止能量，求该粒子的速度。

子的速度解：解： 根据题意有，根据题意有， 【【例例24-7】】两个静止质量为两个静止质量为 的粒子，其中一个静止，另一个以速度的粒子，其中一个静止，另一个以速度 合成小球的静止质量合成小球的静止质量 运动，在它们作对心完全非弹性碰撞后粘在一起运动，在它们作对心完全非弹性碰撞后粘在一起，求碰撞后求碰撞后解：解： 设碰撞后合成粒子的静质量为设碰撞后合成粒子的静质量为 ，动质量为，动质量为 前后动量和总能量守恒前后动量和总能量守恒(注：两个基本粒子碰撞后形成一个复合粒注：两个基本粒子碰撞后形成一个复合粒子，属于完全非弹性碰撞，经典理论下的非弹性碰撞能量不守恒子，属于完全非弹性碰撞，经典理论下的非弹性碰撞能量不守恒是指机械能不守恒，即机械能转化为了其它形式的能量，但包含是指机械能不守恒，即机械能转化为了其它形式的能量，但包含静能量在内的总能量仍然是守恒的静能量在内的总能量仍然是守恒的)，因此有，因此有 两粒子碰撞两粒子碰撞V为合成粒子的速度为合成粒子的速度 1938年德国物理学家奥托年德国物理学家奥托•哈哈恩和弗里兹恩和弗里兹•斯特拉斯曼斯特拉斯曼劈裂原子核可劈裂原子核可释放静止能量释放静止能量注意注意不是质量变成能量了，而是实物变成了场不是质量变成能量了，而是实物变成了场（有质量，也有能量），实物的静质量，（有质量，也有能量），实物的静质量，变成场的运动质量；实物的静止能量，伴变成场的运动质量；实物的静止能量，伴随着场运动而被释放了！随着场运动而被释放了！ 1941年年12月月6日，美国总统罗斯福根据爱日，美国总统罗斯福根据爱因斯坦的思想，批准了代号因斯坦的思想，批准了代号“曼哈顿工程曼哈顿工程”的研究项目。

由奥本海默领导了一批世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，进行原子弹研究工程专家，进行原子弹研究 1945年年7月月16日日5:30 第一颗原子弹爆炸第一颗原子弹爆炸我们要利用爱因斯坦公式为人类创造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更美好的家园，而不是毁灭我们自己居住的这颗行星居住的这颗行星开启天堂的钥匙开启天堂的钥匙也能打开地狱的大门也能打开地狱的大门消去速度消去速度vpcEE0对于光子对于光子四、动量和能量的关系四、动量和能量的关系小结：小结：1、狭义相对论揭露了空间和时间之间，以及时空和运动、狭义相对论揭露了空间和时间之间，以及时空和运动物质之间的深刻联系，把牛顿力学中认为互不相关的绝对物质之间的深刻联系，把牛顿力学中认为互不相关的绝对空间和绝对时间，结合称为一种统一的运动物质的存在形空间和绝对时间，结合称为一种统一的运动物质的存在形式2、与经典力学相比较，狭义相对论更客观、更真实地反、与经典力学相比较，狭义相对论更客观、更真实地反映了自然的规律。

狭义相对论已经被大量的实验事实所证映了自然的规律狭义相对论已经被大量的实验事实所证实，而且成为研究宇宙星体、粒子物理以及一系列工程物实，而且成为研究宇宙星体、粒子物理以及一系列工程物理等问题的基础理等问题的基础3、在宏观、低速物体的运动，牛顿力学仍然是十分精确、在宏观、低速物体的运动，牛顿力学仍然是十分精确的理论4、狭义相对论仍然需要发展狭义相对论仍然需要发展。