質子能量為多少考慮相對論合適
① 關於相對論 質量問題
分子量,分子摩爾數均沒有變化!為什麼說質量增加了呢?因為質量是相對的,並不是我們理解的質量是一堆確定物體或物質所固有的屬性。
比如說,「速度」這一物理量,通過我們對牛頓經典力學的學習得知,速度是相對的,要看參考的。例如:一輛火車以100km/h的速度前進,旁邊的一輛汽車以60km/h的速度與火車同向行進,則觀察到火車速度為40km/h;火車速度增加到120km/h,那麼重地面看來,速度增加了20km/h,如果汽車速度增加到80km/h,則觀察到火車根本沒有提速!
再回到剛才的問題,我們在推廣到質量,它也是相對的。一個1kg的砝碼並非具有1kg的絕對質量,在高速運動後,由於參照系不同,會測量到這個砝碼具有不同的質量!當砝碼放在飛船上,以0.968倍光速飛離地球時,地球測量它的質量已經變為4kg了,而在飛船上測量這個砝碼的質量仍然是1kg沒有變化。也就是說同一個砝碼,由於測量者相對於它的參照系不同,會得到不同的測量結果,然而,就砝碼本身而言,分子結構,分子量,摩爾數均沒有變化。這就是相對論質量效應。
由於我們平時的生活中很難直接觀察到如此高速度的相對運動,低速下質量的微弱變化,我們現有的儀器精度根本無法測量出來。所以就日常經驗而言,很難相信這個事實。(0.968C時,質量增加4倍,根據洛倫茲收縮因子計算的到)
② 已知一束質子的質量和速度,如何計算它攜帶的能量大小
動能Ek=mv^2/2。
③ 用相對論解釋質子運動
質子的運動有兩種:
1、熱運動的一種(可以看作是原子或分子運動的微觀體現),這是一種雜亂無章的運動形式。不屬於相對論物理學研究的范籌。
2、質子流(經質子加速器加速後射出質子形成的電流)。當質子速度比較高的時候就需要用相對論理論來修正結果了。
由F=ma可以得到E=mc² 的質能公式。由這一公式可知,能量與質量成正比。當質子的速度越來越快,總能量就會越來越大,因為c不變,所以,所有的能量增量就體現為質量增量。由於質量隨速度的增加而變大,因此當質子的速度非常高的時候,體現的質量就非常大了,加速度也會因質量的增加而迅速下降,加速越來越困難。理論上質子不可能加速到光速,因為那時候的質量是無窮大,需要的能量也是無窮大,無窮大就意味著就算把宇宙中全部的能量都用來給一個質子加速也不會讓質子達到光速。
但是按相對論來說,單獨一個物體沒有速度,速度是兩個物體相對距離變化快慢的物理量,單獨一個物體沒有相對距離,也就不存在相對距離的改變。
速度必須是相對的,因此所謂的質量變大是相對於加速器來說的,因為質子是相對加速器運動的。相對於與質子相對靜止的系統來說,質量不變。
比如兩個同時被加速的質子以相同的速度運動時,互相之間看到的質量並不會改變。只有相對加速器靜止的觀察者看到的質量變大了。因此,這里的質量變大是觀察效果,不是實質的變化。
相對論最重要的觀念就是相對性,是相對性原理造成了觀察到的事件的各種表現。
相對性也可以叫作「本位性」即什麼事物都是以自己的觀測為准。兩個以相同速度運動的質子互相之間看到的質量並不會變大,直接的原因是每個質子的質量都在變大,它們都以自身的質量作衡量標准,所以看到的對方質量並沒變。這是一種相對性,即相對自身來說。(其實光速不變也是這個原理)。
從物理意義上說質量變大則是相對於作力來說的。F=ma,當作用力變小了,加速度就會變小,但是以作用力為參照的時候就認為作用力沒變,但是加速度變小了,所以體現為質量變大了。
我們知道一個人推車(假定沒有磨擦力)車就會越來越快,但是當車的速度達到人跑的速度時,人就追不上車了,因此人對車的作用力就是0。車就不會再加速了。所以車的速度極限是人的速度。
同樣的,質子加速是靠電場力的作用,當質子的速度達到光速時,電場力追不上質子了,電場對質子的作用力也就變成了0。但是作為觀察者,不可能跟著質子一起運動著測量電場力,所以觀察者看到的電場力沒變,由於質子受到的電場力變小了,加速度下降了,所以體現出來的效果就是質量變大了。
這里要認識一個物理名詞「場速」,什麼是場速呢?就是場(包括電磁場和引力場)的作用速度,場的作用速度就是場速。假設空間有一個點突然出現一個電荷,電荷的電場會以光速向周圍輻射,離電荷有一定距離的觀測點要經過一定時間才能感知那個電荷的出現。同樣那個電荷消失時,觀測點也要經過一定時間才能感知。場就像一種不斷向外流動的物質一樣向外傳遞著信息,假如那個電荷在振動,這種振動也會以一定的速度向外傳遞,這就是電磁波。因此場速就是光速。在場中的物體必須比場的速度慢才能受到場的作用力,因為場需要時間來傳遞作用力當物體的速度與場速相同時,物體不再受到場的力。這就是為什麼任何有質量的物體的速度極限是光速的原因。
認識了場速就很容易理解速度的極限問題,也從本質上理解了速度越快質量越大的實質意義。
相對論還有一個重要的內在的意義,就是觀測到的現象就是真實的現象,不論物理意義如何解釋。比如高速運動的物體的能量變大,那麼它在撞擊靜止物體時釋放的能量也必然更大。比如子彈在射出時將火葯爆炸的能量帶向目標,則在撞擊到目標時就會釋放出所攜帶的能量(假設為射中目標時子彈沒有穿透,穿透時相當於能量沒完全釋放在目標物上)。
在質子加速到很高速度時,攜帶的能量也極大,因此可以撞擊原子核使其發生分裂。
④ 相對論問題
速度沒什麼好說的,對幾乎所有粒子(除了靜止質量為零的天生相對論性粒子如光子)越接近光速c越要考慮相對論效應,這和你的精度有關,一般0.3c(5%)或0.1c(0.5%),精度要求不高還能再往上抬,只是量級估計的話0.8c,0.9c也可以不用考慮相對輪效應。
能量的話,動能(總能量-靜止質(能)量)和靜止質(能)量比就行了,也是越大越需要考慮相對論修正,也與你的精度有關,(這個值小於1時基本上就是精度),所以就列兩個靜止質(能)量的數據好了:電子 511keV 質子/中子 938/939MeV ,其他的核乘以質量數估算就行了。
⑤ 質子的能量怎樣計算
由質能方程:E=mc^2,代入質子質量與光速即可
⑥ 狹義相對論中物體的靜止能量為多少其動能又是多少
物體的靜止能量:E=mc²,E表示能量,m代表質量,而c則表示光速
物體的靜止能量是它的總內能,包括分子運動的動能、分子間相互作用的勢能、使原子與原子結合在一起的化學能、原子內使原子核和電子結合在一起的電磁能,以及原子核內質子、中子的結合能…….物體靜止能量的揭示是相對論最重要的推論之一,它指出,靜止粒子內部仍然存在著運動.一定質量的粒子具有一定的內部運動能量,反過來,帶有一定內部運動能量的粒子就表現出有一定的慣性質量.在基本粒子轉化過程中,有可能把粒子內部蘊藏著的全部靜止能量釋放出來,變為可以利用的動能.例如,當π介子衰變為兩個光子時,由於光子的靜止質量為零而沒有靜止能量,所以,π介子內部蘊藏著的全部靜止能量。
⑦ 物理相對論問題
我有點不懂。
不過我能回答:
設:靜止質量為:M
靜止能量為:M*C的平方
動能為:3M*C的平方
總能量=3M*C的平方*M*C的平方
總質量=3M*C的平方*M*C的平方/C的平方=4M
因此,其質量為靜止質量的4倍.
⑧ 中子能量為多少時要考慮相對論效應
看被求物體的速度,當速度遠遠小於光速時不考慮相對論,若速度接近光速則考慮。 一個物體的德布羅意波長λ=p/h,式中p為其動量,h為普朗克常數。相對論動量p=m0v/[(1-v^2/c^2)^0.5],當速度v遠遠小於光速時p≈m0v即約為非相對論動量