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质子能量为多少考虑相对论合适

发布时间: 2022-08-08 14:13:37

① 关于相对论 质量问题

分子量,分子摩尔数均没有变化!为什么说质量增加了呢?因为质量是相对的,并不是我们理解的质量是一堆确定物体或物质所固有的属性。
比如说,“速度”这一物理量,通过我们对牛顿经典力学的学习得知,速度是相对的,要看参考的。例如:一辆火车以100km/h的速度前进,旁边的一辆汽车以60km/h的速度与火车同向行进,则观察到火车速度为40km/h;火车速度增加到120km/h,那么重地面看来,速度增加了20km/h,如果汽车速度增加到80km/h,则观察到火车根本没有提速!
再回到刚才的问题,我们在推广到质量,它也是相对的。一个1kg的砝码并非具有1kg的绝对质量,在高速运动后,由于参照系不同,会测量到这个砝码具有不同的质量!当砝码放在飞船上,以0.968倍光速飞离地球时,地球测量它的质量已经变为4kg了,而在飞船上测量这个砝码的质量仍然是1kg没有变化。也就是说同一个砝码,由于测量者相对于它的参照系不同,会得到不同的测量结果,然而,就砝码本身而言,分子结构,分子量,摩尔数均没有变化。这就是相对论质量效应。
由于我们平时的生活中很难直接观察到如此高速度的相对运动,低速下质量的微弱变化,我们现有的仪器精度根本无法测量出来。所以就日常经验而言,很难相信这个事实。(0.968C时,质量增加4倍,根据洛伦兹收缩因子计算的到)

② 已知一束质子的质量和速度,如何计算它携带的能量大小

动能Ek=mv^2/2。

③ 用相对论解释质子运动

质子的运动有两种:
1、热运动的一种(可以看作是原子或分子运动的微观体现),这是一种杂乱无章的运动形式。不属于相对论物理学研究的范筹。
2、质子流(经质子加速器加速后射出质子形成的电流)。当质子速度比较高的时候就需要用相对论理论来修正结果了。

由F=ma可以得到E=mc² 的质能公式。由这一公式可知,能量与质量成正比。当质子的速度越来越快,总能量就会越来越大,因为c不变,所以,所有的能量增量就体现为质量增量。由于质量随速度的增加而变大,因此当质子的速度非常高的时候,体现的质量就非常大了,加速度也会因质量的增加而迅速下降,加速越来越困难。理论上质子不可能加速到光速,因为那时候的质量是无穷大,需要的能量也是无穷大,无穷大就意味着就算把宇宙中全部的能量都用来给一个质子加速也不会让质子达到光速。

但是按相对论来说,单独一个物体没有速度,速度是两个物体相对距离变化快慢的物理量,单独一个物体没有相对距离,也就不存在相对距离的改变。
速度必须是相对的,因此所谓的质量变大是相对于加速器来说的,因为质子是相对加速器运动的。相对于与质子相对静止的系统来说,质量不变。
比如两个同时被加速的质子以相同的速度运动时,互相之间看到的质量并不会改变。只有相对加速器静止的观察者看到的质量变大了。因此,这里的质量变大是观察效果,不是实质的变化。

相对论最重要的观念就是相对性,是相对性原理造成了观察到的事件的各种表现。
相对性也可以叫作“本位性”即什么事物都是以自己的观测为准。两个以相同速度运动的质子互相之间看到的质量并不会变大,直接的原因是每个质子的质量都在变大,它们都以自身的质量作衡量标准,所以看到的对方质量并没变。这是一种相对性,即相对自身来说。(其实光速不变也是这个原理)。

从物理意义上说质量变大则是相对于作力来说的。F=ma,当作用力变小了,加速度就会变小,但是以作用力为参照的时候就认为作用力没变,但是加速度变小了,所以体现为质量变大了。
我们知道一个人推车(假定没有磨擦力)车就会越来越快,但是当车的速度达到人跑的速度时,人就追不上车了,因此人对车的作用力就是0。车就不会再加速了。所以车的速度极限是人的速度。
同样的,质子加速是靠电场力的作用,当质子的速度达到光速时,电场力追不上质子了,电场对质子的作用力也就变成了0。但是作为观察者,不可能跟着质子一起运动着测量电场力,所以观察者看到的电场力没变,由于质子受到的电场力变小了,加速度下降了,所以体现出来的效果就是质量变大了。

这里要认识一个物理名词“场速”,什么是场速呢?就是场(包括电磁场和引力场)的作用速度,场的作用速度就是场速。假设空间有一个点突然出现一个电荷,电荷的电场会以光速向周围辐射,离电荷有一定距离的观测点要经过一定时间才能感知那个电荷的出现。同样那个电荷消失时,观测点也要经过一定时间才能感知。场就像一种不断向外流动的物质一样向外传递着信息,假如那个电荷在振动,这种振动也会以一定的速度向外传递,这就是电磁波。因此场速就是光速。在场中的物体必须比场的速度慢才能受到场的作用力,因为场需要时间来传递作用力当物体的速度与场速相同时,物体不再受到场的力。这就是为什么任何有质量的物体的速度极限是光速的原因。

认识了场速就很容易理解速度的极限问题,也从本质上理解了速度越快质量越大的实质意义。

相对论还有一个重要的内在的意义,就是观测到的现象就是真实的现象,不论物理意义如何解释。比如高速运动的物体的能量变大,那么它在撞击静止物体时释放的能量也必然更大。比如子弹在射出时将火药爆炸的能量带向目标,则在撞击到目标时就会释放出所携带的能量(假设为射中目标时子弹没有穿透,穿透时相当于能量没完全释放在目标物上)。

在质子加速到很高速度时,携带的能量也极大,因此可以撞击原子核使其发生分裂。

④ 相对论问题

速度没什么好说的,对几乎所有粒子(除了静止质量为零的天生相对论性粒子如光子)越接近光速c越要考虑相对论效应,这和你的精度有关,一般0.3c(5%)或0.1c(0.5%),精度要求不高还能再往上抬,只是量级估计的话0.8c,0.9c也可以不用考虑相对轮效应。
能量的话,动能(总能量-静止质(能)量)和静止质(能)量比就行了,也是越大越需要考虑相对论修正,也与你的精度有关,(这个值小于1时基本上就是精度),所以就列两个静止质(能)量的数据好了:电子 511keV 质子/中子 938/939MeV ,其他的核乘以质量数估算就行了。

⑤ 质子的能量怎样计算

由质能方程:E=mc^2,代入质子质量与光速即可

⑥ 狭义相对论中物体的静止能量为多少其动能又是多少

  • 物体的静止能量:E=mc²,E表示能量,m代表质量,而c则表示光速

  • 物体的静止能量是它的总内能,包括分子运动的动能、分子间相互作用的势能、使原子与原子结合在一起的化学能、原子内使原子核和电子结合在一起的电磁能,以及原子核内质子、中子的结合能…….物体静止能量的揭示是相对论最重要的推论之一,它指出,静止粒子内部仍然存在着运动.一定质量的粒子具有一定的内部运动能量,反过来,带有一定内部运动能量的粒子就表现出有一定的惯性质量.在基本粒子转化过程中,有可能把粒子内部蕴藏着的全部静止能量释放出来,变为可以利用的动能.例如,当π介子衰变为两个光子时,由于光子的静止质量为零而没有静止能量,所以,π介子内部蕴藏着的全部静止能量。

⑦ 物理相对论问题

我有点不懂。
不过我能回答:
设:静止质量为:M
静止能量为:M*C的平方
动能为:3M*C的平方
总能量=3M*C的平方*M*C的平方
总质量=3M*C的平方*M*C的平方/C的平方=4M
因此,其质量为静止质量的4倍.

⑧ 中子能量为多少时要考虑相对论效应

看被求物体的速度,当速度远远小于光速时不考虑相对论,若速度接近光速则考虑。 一个物体的德布罗意波长λ=p/h,式中p为其动量,h为普朗克常数。相对论动量p=m0v/[(1-v^2/c^2)^0.5],当速度v远远小于光速时p≈m0v即约为非相对论动量

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