相对论的动量和能量要点
相对论：能量和动量的变换
相对论能量：物体在相对论中 的能量，包括静止能量和动能
相对论动量：物体在相对论中 的动量，等于其能量与速度的来自比值能量和动量的关系式
E^2
=
m^2c^4 +
p^2c^2
E^2
=
m^2c^4 +
(pc)^2
E^2
=
m^2c^4 +
(γm^2 -
m^2)c^2
E^2
=
m^2c^4 +
(γm^2 -
m^2)c^2 +
领域
引力波探测：利用相对论原理 探测引力波，研究宇宙起源和
演化
相对论中能量和 动量的实验验证
原子能与核能的实验验证
原子能实验：通过核裂变和核聚变 实验，验证了相对论中能量和动量 的关系
粒子加速器实验：通过粒子加速器 实验，验证了相对论中能量和动量 的关系
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核能实验：通过核反应堆实验，验 证了相对论中能量和动量的关系
相对论中的能量和动量的物理意义
相对论的基本原理：光速不变原理 和相对性原理
相对论中的能量和动量的变换：在 相对论中，能量和动量不再是独立 的物理量，而是相互关联的
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能量与动量的关系：能量是动量的 函数，动量是能量的时间导数
能量守恒定律：在相对论中，能量 守恒定律仍然成立，但需要修改为 能量-动量守恒定律
能量和动量变换 的应用
核能与核反应
核反应的类型和过程
核能的定义和特点
核能与核反应在能量和动量 变换中的应用
核能与核反应的安全性和环 保性考虑
粒子加速器
相对论中能量和动量的关系式为
相对论中能量和动量的关系式为1. 能量与动量的基础知识在聊能量和动量之前，咱们先来个小引子。
想象一下，你在公园里看到一个小孩推着滑板车，哇，那推力可是大了！这小家伙冲得飞快，简直像个小火箭！这时候，大家可能会想，为什么滑板车能跑得那么快？这就要提到能量和动量的关系了。
能量就像是小孩的“燃料”，而动量则是那种“冲劲”。
简单来说，能量和动量就像是两个好朋友，永远在一起，互相帮助。
1.1 能量的定义能量，听上去高大上，但其实就是物体所拥有的能力。
无论是动能、势能，还是其他类型的能量，都是为了让物体能动起来、能改变状态。
打个比方，就像你饿的时候需要吃饭，吃饱了才能有力气去玩耍一样，物体也需要能量才能动。
1.2 动量的定义再说说动量，动量其实就是物体运动的“重头戏”。
它的大小和物体的质量还有速度有关。
简单来说，质量大、速度快的物体，动量就大，反之亦然。
就像你一脚踩上去的泥巴，越重越难动，越快越滑！这就是真实的动量作用。
2. 相对论的魅力现在我们把视角转到相对论上。
爱因斯坦真的是个天才！他的相对论把我们对时间和空间的理解完全颠覆了。
就像是打开了一扇新世界的大门，里面满是神奇的东西。
特别是能量和动量的关系式，更是让人耳目一新。
2.1 公式背后的故事在相对论中，能量和动量的关系可以用一个公式来表达，简直像是数学界的魔法咒语！这个公式说的就是：能量等于动量乘以光速，再加上静止质量的能量。
听起来有点复杂？其实它想告诉我们，物体的能量和动量并不是孤立的，它们总是紧紧联系在一起。
2.2 生活中的例子我们来点生活中的例子，假设你在超市推购物车。
购物车越满，你推起来越费力，对吧？这就是因为动量和能量在起作用。
你推的力度（能量）和购物车的速度（动量）都在影响着你购物的体验。
想象一下，等你推到结账的地方，满载而归，心里那种成就感，简直无与伦比！3. 深入理解能量与动量的关系最后，我们来深入挖掘一下这对好朋友的关系。
能量和动量就像是一对密不可分的恋人，互相依赖，互相促进。
146相对论的动量和能量
第十四章 相对论
即：
讨论： 为零 （1） x2 x1
v t ' (t 2 x) c v t1 [( t 2 t1 ) 2 ( x2 x1 )] t2 c
0 t2 t1 0
（2）
异地事件的同时性是相对的。
x2 x1 0 t2 t1 0
（ 1 ）L L0 1 - ( / c ) 54m
2
t1 L / 2.25 107 s
( 2 )t2 L0 / 3.75 10 s
7
或 : t2
t1 1 - ( / c )2
14 - 6 相对论动量和能量
第十四章 相对论
例10、假定在实验室中测得静止在实验室中的μ+介 子（不稳定粒子）的寿命为2.2×10-6s ,而当它相对于 实验室运动时实验室中测得它的寿命为1.63×10-5s 。 试问：这两个测量结果符合相对论的什么结论？ μ+ 介子相对于实验室的运动速度是真空中光速c的多少 倍？ 解： 它符合相对论时间膨胀（或运动时钟变慢）的结论。
静能
m0c
2
：粒子静止时所具有的能量 .
2
E m c
14 - 6 相对论动量和能量
相对论动能 由功的定义及动能定理，得
第十四章 相对论
Ek
0
d ( m ) dr d ( m ) d Ek F dr dt d (m ) m d dm
同地事件的同时性是绝对的。
14 - 6 相对论动量和能量
第十四章 相对论
v t1 [( t 2 t1 ) 2 ( x2 x1 )] t2 c
相对论能量动量关系
相对论能量动量关系相对论能量动量关系是狭义相对论中的一个重要概念，它描述了物体的能量和动量之间的相互关系。
根据相对论的观点，能量和动量不再是独立的物理量，而是相互联系的。
在经典力学中，能量和动量分别被定义为物体的质量和速度的函数。
然而，在相对论中，质量不再是一个固定的值，而是与速度相关的量。
根据相对论的质能关系，物体的能量与其质量之间存在着等价关系，即E=mc²，其中E代表能量，m代表物体的质量，c代表光速。
根据质能关系，我们可以推导出相对论能量动量关系的公式。
根据狭义相对论的基本原理，物体的能量和动量应该满足以下关系：E² = (pc)² + (mc²)²，其中p代表物体的动量。
通过推导和计算，我们可以得到相对论能量动量关系的具体表达式：E² = (mc²)² + (pc)²，其中E代表物体的能量，m代表物体的质量，p代表物体的动量，c代表光速。
相对论能量动量关系的一个重要结论是，物体的能量和动量不再是线性关系，而是非线性的。
当物体的速度接近光速时，能量和动量的增长速度也会趋于无穷大。
这意味着，相对论效应在高速运动物体的能量和动量中发挥了重要作用。
相对论能量动量关系不仅对粒子物理学和高能物理学有着重要的实际应用，也对我们理解宇宙的起源和演化提供了深刻的见解。
通过研究物体的能量和动量之间的关系，我们可以更好地理解宇宙中各种粒子的运动和相互作用，从而揭示宇宙的奥秘。
在实际应用中，相对论能量动量关系被广泛应用于核能源、粒子加速器和粒子物理实验等领域。
通过测量物体的能量和动量，科学家们可以推断物体的质量和速度，进而研究物体的性质和相互作用规律。
相对论能量动量关系是狭义相对论中的一个重要概念，描述了物体的能量和动量之间的相互关系。
相对论能量动量关系的推导和应用使我们对物质世界有了更深入的理解，为我们解开宇宙奥秘和推动科学技术的发展提供了重要的理论基础。
相对论中能量动量关系怎么推
相对论中能量动量关系怎么推能量-动量关系是相对论中最为重要的公式之一，它描述了物体的质量和速度之间的关系。
推导能量-动量关系需要使用狭义相对论的基本假设，即所有惯性参考系之间的物理规律都是相同的。
首先，我们定义一个质量为m的物体的动能:E_k = \frac{1}{2}mv^2其中，v是物体的速度。
接下来，根据相对论的基本假设，我们考虑两个不同的惯性参考系，分别为S和S'。
这两个参考系之间存在相对运动，其速度为v。
在S参考系中，物体的动量为:p = mv同时，在S'参考系中，物体的动量为:p' = \frac{mv}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}其中，c是光速。
接下来，我们考虑在S'参考系中，物体的动能:E_k' = \frac{1}{2}m\frac{v^2}{1 - \frac{v^2}{c^2}}现在我们可以使用相对论能量-动量守恒定律来推导能量动量关系：E_k + E = E_k' + E' + K其中，E是物体的静能量，K是相对于S参考系的总动量，E'是相对于S'参考系的总能量。
根据相对论的动量-能量关系，我们可以将K和E'表示为：K = \frac{p^2}{2m}E' = \frac{mc^2}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}这样，我们就可以将相对论能量动量守恒定律写成：E_k + E = \frac{m c^2}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}} + \frac{p^2}{2m}这就是著名的能量动量关系，其中E_k是物体的动能，E是静能，p是物体的动量，m是物体的质量，c是光速。
相对论的动量和能量
也可如此计算
cp E2(m 0c2)212M 50 epV 12M 50ecV
例2 π+ 介子的静止质量是 2.49×10-28kg，固有寿命是 2.6×10-8 s。速度为光速的60% 的π+ 介子质量是多少？ 寿命为多长？
解： m 1 m v 0 2c2(2 1 .4 9 0 .6 1 2 0 ) 12 /2 8kg3.1110 28kg
例1 设一质子以速度 v0.8c0 运动. 求其总
能量、动能和动量.
解 质子的静能 E0m0c293M 8 eV Em2 c1m 0 v c 2 2c2(19 0.82 3 )128 M e1V 5M 63 e
EkEm 0c262 M 5eV pm v m 0v 6 .6 8 1 1 0k 9m gs 1
四 . 质能关系的应用
E mc2 质量转能量
1945年，美国在日本广岛和长崎各投下一枚原子 弹，造成近二十万人死亡.
我国已 建成的岭澳 核电站
我国在 建的单机容 量最大的田 湾核电站
原子弹核裂变
1967年6 月17日，中国 第一颗氢弹爆 炸成功
E mc2 能量转质量
经由高能加速器碰撞，人类制造出新的元素 (原 子序93以上) 。
0 2.6108 s3.25108s
1v2c2 (10.62)1/2
例3 观察者乙以4c/5的速度相对静止的观察者甲运动 ，乙带一质量为1kg的物体，则甲测得此物体的质量 为多少？乙带一长为l，质量为m的棒，该棒安放在运 动方向上，则甲测得棒的线密度为多少？
现有 100 座楼，每楼 200 套房，每套房用电功率
10000 W ， 总功率 2108W，每天用电 10 小时 ， 年耗电量 2.72 1105J，可用约 33 年。
4-5 相对论的动量和能量
2
m0 = 1.673 × 10
−10
− 27
kg
m0 c = 1.503 × 10
J = 938MeV
16
1千克的物体所包含的静能 千克的物体所包含的静 千克的物体所包含的 1千克汽油的燃烧值为 千克汽油的燃烧值为
= 9 × 10 J
7
4.6 ×10
焦耳 .
5）相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律。 ）相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律。 统一的物理规律
2 3 4 1 H + 1 H → 2 He 1 +0n
氘核和氚核聚变为氦核的过程中，静能量减少了 氘核和氚核聚变为氦核的过程中，
∆E = 17.59MeV
§14-6 广义相对论简介
狭义相对论认为：在所有惯性坐标系中， 狭义相对论认为：在所有惯性坐标系中，物理 学定律都具有相同的表达式。在非惯性系中， 学定律都具有相同的表达式。在非惯性系中，物理 规律又将如何呢？ 规律又将如何呢？ 爱因斯坦从非惯性系入手， 爱因斯坦从非惯性系入手，研究与认识了等效 原理， 原理，进而建立了研究引力本质和时空理论的广义 相对论。 相对论。 广义相对论的等效原理 一观测者在火箭舱里做自由落体实验。 一观测者在火箭舱里做自由落体实验。 在(b)中火箭静止在地面惯性系上，他将看到 )中火箭静止在地面惯性系上， 质点因引力作用而自由下落； 质点因引力作用而自由下落；
10
1g 铀— 235 的原子裂变所释放的能量
我国于 1958 年建成的首座重水反应堆
2 轻核聚变
2 1H
+
2 1H
→ He
4 2
氘核 氦核 质量亏损
2 − 27 m0 ( 1 H ) = 3.3437 × 10 kg 4 m0 ( 2 He) = 6.6425 × 10 −27 kg
相对论知识：能量-动量张量——特殊相对论的核心数学公式
相对论知识：能量-动量张量——特殊相对论的核心数学公式能量-动量张量是特殊相对论的核心数学公式之一，是描述物体运动时的能量和动量关系的重要数学工具。
本文将从相对论的基本概念入手，介绍能量-动量张量的含义、性质、应用等方面的知识，希望能为读者全面了解和掌握这一重要的数学公式提供帮助。
一、相对论的基本概念相对论是现代物理学的重要分支，主要研究物体在高速运动状态下的物理现象，其基本概念包括：光速不变原理、时间相对性、长度相对性、质量-能量等价原理等。
其中，光速不变原理是相对论的基础之一，它指出在所有参考系中光速都是不变的，并且是宇宙中最快的速度。
时间相对性和长度相对性则说明了时间和空间的观测取决于观察者的运动状态，是相对论中最为神奇的现象之一。
而质量-能量等价原理则是相对论中最为著名的结论之一，它揭示了物质和能量之间的本质关系，为后来的核物理和粒子物理奠定了基础。
相对论理论的提出和发展历史，是对牛顿力学在极限性质和限制下面临的矛盾和困惑进行反思和重构的结果，是一种全新的、具有根本性质的自然科学阐释。
特殊相对论是相对论理论的第一步发展，是对低速运动物体的运动情况进行研究的结果，它摆脱了经典力学中“经典思维”的限制和局限，揭示了物质界之间相互作用的本质。
它是现代科学的重要成果之一，为研究宏观和微观粒子体系建立了正确的理论框架，也为人类社会的科技和生产工具提供了必要的物理基础。
二、能量-动量张量的基本概念在相对论的描述中，物体的能量和动量是基本的物理量。
根据相对论理论，则相对速度快的参考系会导致相对能量和动量的变化。
因此，相对论内部不同参考系看到的能量和动量是不同的，而且不同的相对参考系下物体的质量也是不同的。
这时，我们就需要引入能量-动量张量的概念来描述这些变化。
能量-动量张量是相对论中最重要的张量之一，它是描述物体动力学性质最为普遍的数学符号。
能量-动量张量表示的是物体的运动方向或速度，在不同的方向或速度下，物体的质量和能量不同。
相对论能量动量关系的推导
相对论能量动量关系的推导相对论是现代物理学的重要分支之一，它在解释自然界中的运动和相互作用方面起着至关重要的作用。
在相对论中，能量和动量的关系是一个基本且核心的概念。
本文将从相对论的基本原理入手，推导出能量和动量之间的关系。
相对论的基本原理之一是光速不变原理，即无论观察者的运动状态如何，光在真空中的速度始终保持不变。
为了推导出能量和动量之间的关系，我们需要先介绍一下相对论中的四维动量。
在相对论中，物体的四维动量由一个四分量矢量来描述，记作P=(E, p)，其中E表示能量，p表示动量。
根据相对论的光速不变原理，四维动量的模是一个常数，即：P^2 = E^2 - p^2c^2 = m^2c^2其中，c代表真空中的光速，m为物体的静止质量。
上述式子称为四维动量的光锥条件，它描述了物体的能量和动量之间的关系。
接下来，我们来推导出相对论能量动量关系的具体形式。
首先，考虑一个静止粒子，其动量为零，即p = 0。
此时，光锥条件可以简化为：P^2 = E^2 - m^2c^2 = 0解得：E = mc^2这是著名的爱因斯坦质能关系式，它表明了物质与能量之间的等价性，也是相对论的重要成果之一。
当物体以速度v运动时，它的动量不再为零，我们可以通过洛伦兹变换来推导出相对论下的能量动量关系。
根据洛伦兹变换，我们可以将物体在其静止参考系中的四维动量转换到其他任意参考系中。
假设一个物体以速度v相对于参考系S'运动，该参考系相对于静止参考系S以速度u运动。
我们用(E', p')来表示物体在S'系中的能量动量，用(E, p)来表示物体在S系中的能量动量。
根据洛伦兹变换的表达式，我们可以得到：E = γ(E' + up')p = γ(p' + uE'/c^2)其中，γ是洛伦兹因子，定义为：γ = 1/√(1 - (v/c)^2)通过代入洛伦兹变换的表达式，我们可以将上述式子化简为：E^2 = p^2c^2 + m^2c^4这就是相对论下的能量动量关系，也被称为相对论能量动量关系。
相对论动量和能量的关系式
相对论动量和能量的关系式相对论动量和能量之间的关系式是相对论能量-动量关系，也称作欧拉恩关系式。
该关系式在相对论力学中起着重要作用，它揭示了质点的能量和动量如何相互转换。
相对论力学中，质点的动量p和能量E不再遵循经典物理学中的简单累加关系，而是由质点的速度v和质量m来决定。
Einsteins麦克斯韦关系给出了相对论质点的能量表达式：E² = (pc)² + (m₀c²)²其中p是相对论动量，m₀是质量，c是光速。
从这个表达式中，我们可以看到相对论能量-动量关系的一些重要特征。
首先，相对论能量和动量之间的关系不再是简单的1:1关系。
这是相对论力学的一大突破，相对于经典物理学的牛顿动力学而言，经典物理学中质点的动能与动量的关系是线性的。
在相对论力学中，能量与动量之间的关系是非线性的，即存在着一种对称变换关系。
其次，当质点的速度趋近于零时，相对论能量-动量关系退化为经典物理学中的结果。
当速度v远小于光速c时，我们可以将相对论能量-动量关系进行展开，并将高次项忽略，得到以下近似关系式：E = mc²这就是著名的相对论质能等效原理，即质量和能量之间存在一种等效关系。
第三，当质点的速度趋近于光速c时，相对论能量-动量关系的第一项(pc)²占据主导地位。
这意味着质点的能量变得相对较大，并且远远超过了质量能的贡献。
这个结果是相对论性的，与经典物理学不同。
这也解释了为什么质子，尽管质量很小，但在粒子加速器中可以获得极高的能量。
最后，相对论能量-动量关系中的平方项可解释为质点的静质能。
当质点的速度趋近于零时，平方项成为关系式的主导项，表明质量能占据主导地位。
相对论力学揭示了质点的能量来源包括动能和质量能的贡献。
综上所述，相对论动量和能量之间的关系式是E² = (pc)² +(m₀c²)²。
这个关系式包含了质点的质量、速度和能量之间的关系，揭示了质点的能量如何随着速度变化而变化，以及质点的能量如何分别由动能和质量能贡献。
相对论动能动量关系
相对论动能动量关系相对论动能动量关系是狭义相对论中最为经典的公式之一。
它关系到物理学中动量的概念以及质量与能量之间的转换，是研究高速运动物体行为的基础。
下面，我们将会分步骤地解释相对论动能动量关系。
1. 动量的定义动量是描述物体运动状态的一个物理量，它是物体质量乘以速度，即p=mv。
动量是一个矢量量，它有大小和方向之分。
2. 质量与能量狭义相对论中，质量不再是一个不变的物理量。
相反，它是能量和光速之间的关系所导致的，即E=mc²，其中E代表能量，m代表质量，c代表光速。
这个公式表明，在相对论中，质量和能量是互相转换的。
3. 动能公式的推导相对论动能公式如下：K = (γ-1)mc²其中K代表动能，m代表物体的质量，c代表光速，γ是洛伦兹因子，其公式为：γ = 1/√(1-v²/c²)其中v代表物体的速度。
为了推导相对论动能公式，我们先按照牛顿第二定律的公式F=ma，对物体进行受力分析。
由于物体的质量在相对论中是不是一个不变的量，因此，在进行受力分析得到加速度a后，我们便无法得到物体的速度。
于是，我们采用经典动能公式K = 1/2mv²以及光速不变的前提，通过代数的方式将能量E和动量p与速度v联系起来，并将E和p的表达式进行化简，最终得到了相对论动能公式。
4. 动量的变化和相对论动能动量关系在相对论中，一个物体的质量和速度之间存在着一种有趣的关系。
当一个物体的速度接近光速时，物体的质量会变得越来越大，动量也会变得越来越大。
与之相对应的，则是动能随着速度的变化而变化。
当物体的速度接近光速时，动能的增长速度会越来越慢。
这正是相对论中所描述的能量不断增加，动量却趋于饱和的趋势。
综上所述，相对论动能动量关系是物理学中一个十分重要的理论体系。
它连接了质量、能量、动量和速度等相互关系，为我们解释高速运动物体的运动行为提供了基础的支撑。
了解相对论中的能量和动量
了解相对论中的能量和动量相对论中的能量和动量相对论是现代物理学的基础之一，是我们对世界的认知方式发生巨大变革的标志性事件。
其中，最为重要的概念便是能量和动量。
相对论颠覆了传统物理学对于物体运动的经典观念，开启了一种全新的物理学理论框架。
这个理论框架给我们说明了物体的能量和动量是如何产生，如何变化的，以及在光速下不同物体之间的相对关系。
在本文中，我们将深度探讨相对论中能量和动量的相关问题。
一、什么是相对论？相对论是一个科学的颠覆性理论，由爱因斯坦于1905年提出。
这个理论的核心观点是相对性原理：物理定律在所有惯性参照系中都相同。
这意味着，无论我们处于什么地方，我们对物理定律的观察结果都应该相同。
相对论的一个重要推论就是行进速度的相对性：我们看到别人以及物体运动的速度是相对于我们自己的速度来计算的。
随后，爱因斯坦提出了另一项原则——光速不变原理，即无论在哪里以何种速度，光速都是恒定不变的。
这一原则可以被看作是相对论的基础，因为只有在这一基础上，才能得到相对性原理的最终形式。
二、相对论中的能量在相对论中，能量和质量是等价的，这一想法可以为能量和质量间的转化提供物理基础。
其中，著名的爱因斯坦公式E=mc²便体现了质量和能量的等价性。
这个公式表明，质量可以看作一种能量形式，同时也意味着，任何物体都储存了一定数量的能量。
同时，在相对论中，我们还谈及了相对论质能和动能两个概念。
相对论质能是指一个物体由于自身的质量而拥有的能量，这个概念源于爱因斯坦的相对性原则。
相对论动能则是指物体的运动速度以及质量所共享的能量。
因为任何物体都在不断地运动，因此它都有动能，而动能又可以表现为其质能和速度的总和。
相对论动能与经典动能的表述有所不同，因为相对论动能还涉及到物体的质量。
三、相对论中的动量在经典物理学中，动量被定义为物体质量与速度的乘积。
但是，相对论告诉我们，这种定义并不够准确。
在相对论中，动量是质量乘以速度的总和，这意味着质量的变化会影响到动量的大小。
相对论的能量守恒与动量守恒
相对论的能量守恒与动量守恒相对论是爱因斯坦的伟大理论之一，它改变了人们对于时间、空间和物质的认识。
其中，相对论中的能量守恒和动量守恒是非常重要的概念。
在古典物理学中，能量守恒和动量守恒是基本定律，但当我们进入相对论领域时，这些定律会发生一些微妙的变化。
首先，让我们来探讨相对论中的能量守恒。
在相对论中，能量并不是一个独立的量，而是与物体运动的速度和质量相关的。
根据质能方程E=mc²，质量m与能量E之间存在着一种等价关系。
当物体的速度接近光速时，质量会变得越来越大，也就意味着能量也越来越高。
这就是著名的质能方程所揭示的。
相对论中的能量守恒是指在相对论速度下，系统的总能量保持不变。
这意味着能量在不同形式之间的转换是可能的，但能量的总量仍然是守恒的。
比如，当一个物体以接近光速的速度运动时，它的动能会增加，而其它形式的能量（如静能量）则会相应减少，但总能量保持恒定。
接下来，我们来探讨相对论中的动量守恒。
在相对论中，动量也不再是简单地质量乘以速度，而是一个更复杂的概念。
根据相对论动力学，动量p等于质量m乘以速度v除以根号下(1-v²/c²)，其中c代表光速。
当物体的速度接近光速时，与经典力学中相比，动量会迅速增加，这是相对论效应之一。
相对论中的动量守恒是指在相对论速度下，系统的总动量保持不变。
这意味着在相对论情况下，撞击和反冲等过程中的动量转移将产生一系列非直观的效果。
例如，当一个高速运动的物体撞击另一个静止物体时，它们之间的动量将在碰撞过程中重新分配，导致两个物体的速度都会发生变化。
除了能量守恒和动量守恒，相对论还引入了质能动量守恒定律，将能量和动量统一起来。
根据这个定律，能量和动量可以相互转化，但总量保持守恒。
相对论下的质能动量守恒定律是相对论力学中的基本定律之一，它在研究微观粒子的运动和相互作用时具有重要的作用。
简而言之，相对论中的能量守恒和动量守恒代表着物理定律对于高速物体和光速接近的情况下的演化。
§12.4相对论的动量和能量
u1 = vx / 1−β2
矢量式
u2 = vy
G p=
/
1−Gβ m0v
2
1− β2
u3 =vz / 1−β2
2. 质速关系
质速关系 m = m0
1− β2
m0为静止质量
光子静止质量为零. m>m0 已被实验证实.
1901年考夫曼发现 电子的质量是随速度增 加而增加的.
m/m0
5 4
3 2 1
v/c
3. 质能关系的另一种形式
ΔE = Δmc 2
说明质量与能量是不可分割, 物质和运动不可分割.
4.动能
Ek = mc2 − m0c2
当 v << c 时
Ek
= =
mc2 m0c
− m0c2
2( 1−
=
1 v2
/
1
c2
m0c2 −v2 /
− 1)
c
2
− m0c2
=m0c2(1 +
v2 2c 2
+
3v 4 8c4
实际上m复0＝2m是两个粒子的动质量，等 于复合后粒子的静质量，质量是守恒的.
§12.4.4 动量中心
在狭义相对论中，若相对于某参考系质点系 中各质点动量的矢量和为零，即
∑ mivi = 0
则该参考系称作动量中心系.
§12.4 相对论的动量和能量
§12.4.1 相对论的动量
§12.4.2 相对论的质能公式
§12.4.3 动量-能量公式
§12.4.4 动量中心
§12.4 相对论的动量和能量
§12.4.1 相对论的动量
1. 相对论动量
相对论的四维动量为
13.7狭义相对论之相对论能量和动量的关系
{范例13.7} 相对论能量和动量的关系
试推导相对动能和能量公式以及动量公式。 m0 E0 = m0c2， E = mc2， m = 1 − v2 / c2 利用质-速关系可得 2 2 m0 v 2 c 2 m0 c 4 2 = m2v 2c 2 p 2c 2 = = −= E 2 − E02 m0 c 4 2 2 2 2 1− v / c 1− v / c 即E2 = p2c2 + m02c4， 这就是相对论中的能量-动量关系。 能量和动量是双曲线的关系。 如果某种粒子静止质量为零，即m0 = 0，则得E = pc， 比较公式E = mc2，可得p = mc， 该粒子速度就是光速。 光可当作一种静止质量为零的粒子流，对应的粒子称为光子。
v v = 0=
A =
∫
v
F ⋅ d= r
∫
v
v v d(mv ) ⋅ dr = ∫ v ⋅ d(mv )= ∫ (v 2 dm + mv ⋅ dv ) v v = 0= 0 0 dt
m0 v ⋅ dv m0 d 对质-速关系 dm = d[ = = 2 mv ⋅ 2 v 2 ] c 2 (1 − v 2 / c 2 )3/ 2 c (1 − v / c ) (1 − v ⋅ v / c 2 )1/ 2 求微分得
由此得 mv·dv = (c2– v2)dm
A =
代入功的公式得
∫
m
m = m0
= [v dm + (c − v )dm]
2 2 2∫Fra bibliotekmm = m0
c 2 dm mc 2 − m0 c 2 =
根据质点的动能定理：合外力所做的功等于动能的增量。 在相对论中物体的动能为 物体静止时动能为零， m0 c 2 2 - m c2 故合外力所做的功全部 − m0 c 2 . T = mc= 0 1 − v2 / c2 转化为物体的动能。
大学物理 相对论性动量和能量
相对论的动量和能量
Ek
mc2
m0c
m0c2
2( 1
1 v2
/
1
c2
m0c 2 v2 /
1)
c
2
m0c2
m0 c2 (1
v2 2c 2
3v 4 8c 4
1)
1 2
m0v
2
与经典一致
5.实验证明 最早对相对论质量—能量关系提供的实验证明之一，是1932年由考克 罗夫特（J.D.Cockcroft）和瓦尔顿（G.T.S.Walton）提供的.他们利用加速 器加速质子并轰击锂（Li）靶.锂原子核吸收质子形成不稳定的核随即蜕变 为两个粒子，它们以高速沿相反的方向运动.
E2
p2c 2
m02
c4 v2c2 1 v2 / c2
m02c 4
E2 E02 p2c2
对光子 m0=0
E h
p E h h c c
对光子 m0=0
E h p E h h
c c
当 v<<c 时
由E2 E02 p2c2
(E E0 )(E E0 ) p2c2
E E0 2m0c2
u3 vz / 1 2
2.质速关系 质速关系
m m0
1 2
m0为静止质量
光子静止质量为零.
m>m0 已被实验证实. 1901年考夫曼发现电子的
质量是随速度增加而增加的.
m/m0
5 4
3 2 1
v/c
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
3.动力学方程
F
dp dt
d dt
(mv)
d dt
(
m0
v)
相对论中的动量与能量
质点动量的变化率。
F
dp
d
mv
o
dt dt 1 v 2 / c2
对于质点系，系统的总动量
Байду номын сангаас
P
moivi
i 1 vi2 / c2
如果质点系所受到的合外力为零，系统的总动
量守恒
4/3/2021 5:18:41 PM
7
基础物理学教程 §7-3 狭义相对论的动力学
三.质量与能量的关系
如同经典力学一样，外力所作的功为
92
01n15349Xe
3985Sr
201n
E mc 2 0.22 1.661027 9 1016
E 3.31011J 200MeV
1克铀235全部裂变释放的能量
E 6.022 1023 3.3 1011 8.5 1010 J 235
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25
基础物理学教程 §7-3 狭义相对论的动力学
1932年，英国物理学家考克钱夫和爱尔 兰物理学家瓦尔顿利用他们设计的质子加速 器进行人工核蜕变，为此获得1951年的诺贝 尔物理学奖。
J.D.Cockcroft,1892-1967
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E.T.Walton,1903-1995
13
基础物理学教程 §7-3 狭义相对论的动力学
基础物理学教程 §7-3 狭义相对论的动力学
核电站的核反应堆
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基础物理学教程 §7-3 狭义相对论的动力学
我国第一颗原子弹爆炸成功
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24
基础物理学教程 §7-3 狭义相对论的动力学
相对论中能量、动量的表达式
相对论中能量、动量的表达式能量和动量是相对论中一些重要的概念，它们对我们对宇宙和物理学的理解有着重要意义。
在相对论中，能量(E)和动量(P)之间有着直接的关联，它们的表达式可以表示为：
E=mc^2
其中，c代表的是光速的常数，而m代表的是物体的质量。
由于质量本身由原子以及原子团组成，因此能量可以视作由原子以及原子团组成的。
另外，在相对论中，动量的表达式可以表示为：
P=mv
其中，m代表的是物体的质量，而v代表的是该物体的速度。
从表面上就可以得知，动量与物体的速度有着重要的关系，但是动量实际上是物体质量和速度的乘积，它表示的是物体具有由速度决定的移动能量。
相对论中能量和动量有着重要的关系，它们不仅能够帮助我们更好地理解宇宙和物理学，而且可以帮助我们更好地控制物质的形态和
运动状态，从而更好地把握宇宙的运行状态。
例如，它们可以帮助我
们更精准地测量物体的质量与速度，而这些数据又能够帮助我们计算
出物体的能量和动量。
此外，我们也可以借助能量和动量，来描述另外一些重要的概念，包括能量守恒定律、动量守恒定律、物质守恒定律等等。
从这些观点可以看出，相对论中的能量和动量是非常重要的概念，它们不仅帮助我们更好地理解宇宙和物理学，而且也可以帮助我们更
好地控制物质的形态和运动状态，从而更好地把握宇宙的运作状况。
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2
四、相对论动力学
5. 狭义相对论力学的基本方程 牛顿定律
dp F dt
dv dm Βιβλιοθήκη v dt dt相对论动量守恒 相对论能量守恒 结论：用加速度表示的牛顿第二定律公式在相对论 力学中不再成立。
四、相对论动力学
练习：
在某惯性系中，两个静止质量都是 m0 的粒子以 相同的速率 沿同一直线相对运动，碰撞后合成 一个新的粒子，则新生粒子的静质量（ ）。
m0 c
2
1 v2 c2
938 MeV 1563 MeV 2 12 (1 0.8 )
Ek E m0 c 2 625MeV m0 v 19 1 p mv 6.68 10 kg m s 2 2 1 v c
也可如此计算
cp E (m0c ) 1250MeV
懒惰性
活泼性
惯性 ( inertia )
能量 ( energy )
物体的懒惰性就 是物体活泼性的度量 .
质量守恒＝能量守恒
四、相对论动力学
质能关系预言：物质的质量就是能量的一种储藏 . 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 .
E mc
2
E (m)c
A. 等于 2m0
B. 大于 2m0
D. 无法确定
C.小于 2m0
四、相对论动力学
6 动量与能量的关系
E mc
2
m0c
2 2
1 v c
2
p mv
m0 v 1 v c
2 2
( mc ) (m0 c ) m v c
2 2
2 2
2 2 2
E E p c
2 2 0
2 2
E
pc
2
E0 m0c
四、相对论动力学
应用：
已知光的能量：
E h
静质量： m0 0
求：
（1）光子的相对论质量
（2）光子的动量
相 质量 动量 基本 方程
对
论
m m0
1 v c
2
2
非相对论 m0
2 2
p m v m0 v
1 v c
p m0 v
dp dv F m0 m0 a dt dt
以及各组成部分(电子、中子、质子等)的静止能
（2）计算 1千克的物体所包含的静能
9 10 J
16
（3）E0在一定条件下可转化为其他形式的能量
1千克汽油的燃烧值为
4.6 10
7
焦耳 .
四、相对论动力学
物理意义
E mc
2
质量和能量有着不可分割的联系； 相对论质量是能量的量度，质量和能量是反映 物质的两个基本性质。
2 2
5 m0 4
5 3 p mv m0 c 4 5 3 m0 c 4
四、相对论动力学
计算它的动能
Ek mc m0 c
2
2
1 5m0 2 2 2 c m0 c m0 c 4 4
非相对论动量：m
0
在什么速率下粒子的相对论动量等于非相对论动量的两倍？ 相对论动量：m
2
2 2
p 1250MeV c
p mv m0 v
1 2 Ek m0 v 2
四、相对论动力学
练习： 有一粒子静止质量为m0，现以速度v=0.6c运动，它的 质量________，动量__________，动能 ___________ 当粒子速率为________时，其相对论动量等于非相对论
动量的两倍
m
m0 1 c
当
v c
时
m m0
m变大
m0
m
当 v变大 时 当 当
v c 时 m
vc
时 光子
o
C
v
m0 0
四、相对论动力学
2 相对论动量 3 相对论动能
p mv
m0 v 1 v c
2 2
（推导思路：动能定理）
相对论动能
Ek mc m0c
2
2
当
v c
时
1. 相对论质量
m
m0 1 v c
2 2
m0
静质量 m0 ：物体相对于惯性系静止时的质量 .
v ：物体相对于某惯性系的速率 m ：物体相对于惯性系运动时测得的质量
质量不是一个绝对不变的量，而是与运动有关的相对量
四、相对论动力学
讨论： 质量和速率的关系
相对论质量
m
m0 1 v c
2 2
四、相对论动力学
引言：
同时是相对的； 相对论条件下 运动学效应：
时间延缓；
长度收缩
相对论条件下 动力学：
质量、动量、动能、能量
四、相对论动力学
引言： 牛顿定律与光速极限的矛盾 物体恒力作用下的匀加速直线运动
dp F ma dt
C
v
o
vt v0 at
v0
t
四、相对论动力学
dp dm F ma v dt dt
静能
动能
E 0 m0 c
2
E K mc m0 c
2
2
1 E K m0 v 2 2
2
总能（质能关系） 动量与能量 的关系
E mc
2 4 E 2 p 2 c 2 m0 c
p2 EK 2m0
四、相对论动力学
例 设一质子以速度 v 0.80c运动. 求其总 能量、动能和动量. (质子的静能 E0 m0c 2 938MeV ) 解 E mc 2
m0 1 2 c2
2m0
3 c 0.866c 2
四、相对论动力学
4. 相对论能量
Ek mc m0c
2
2 2
2
相对论质能关系
mc m0c Ek
总 能 量
E mc
2
静 能
动 能
E E0 Ek
四、相对论动力学
静能E0 ：
（1）种类
内能： 分子动能、势能 化学能：使原子结合的能量 电磁能：使核和电子结合的能量 结合能：核子间的结合能