相对论性质量
7相对论质量
系统内部的作用过程，可以使静质量与动质量相互转化，静能与动能相互转 化，但系统的总能量和总质量是保持不变的。
由质能关系可知，能量的增加引起质量的增加是非常少的。因为
m E
c
2
C2非常大，所以对应于能量增加ΔE而引起的质量增加 Δm大小以致于在爱因斯坦之前人们没有注意到。
例 如把2kg的物体从静止加速到100m/S
——相对论能量
mc 2 E mc
粒子速率为零时总能量就 是静止能量
E0 m0c
2
E0 m0c
2
在经典力学中，我们知道动能、势能等形 式的能量，完全不知道还有静能形式的能量
存在，可见，静能是相对论时空观的发展而发现的一种新的能量形式，这一 大胆的预言已被原子弹和核动力 等大量实验和应用所证实。
E mc 0.01 9 10 9 10 J
8 10
我们来看这个能量能产生多么巨大的效果，它可以把中国12亿人口抬高多少米？ 假设平均每个人的质量为60kg，12亿人口的重量则为
Mg 12 10 600 72 10 N
E Mgh
E 9 10 h 1250m 10 Mg 72 10
2s t v
（2）从相对论的时间延缓效应考虑，把飞船
离开地球和回到地球视为两个事件，显然飞船上的 钟测出两事件的时间间隔Δt’是固有时，地球上所 测得时间间隔Δt与Δt’之间满足时间延缓效应的关 系式 （1）地球上的时间计算
1 2 1 2 E mv 2 100 10000 J 2 2
相应质量增加
E 10000 15 m 2 112 10 kg 16 c 9 10
可见在常速情况下，质量增加确实太小。
奇特的是，如果质量亏损或增加 一点，则释放或增加的能量由
物理学中的相对论和狭义相对论
物理学中的相对论和狭义相对论相对论是物理学中一种关于时间、空间、质量和能量等物理量的理论，它是现代物理学的基础，对物质的本质性质产生了深远的影响和重要的启示。
狭义相对论则是相对论的一个分支，主要研究的是相对论的基础理论，如光速不变性、时空的相对性等。
下面，我们将深入了解一下相对论和狭义相对论。
相对论的基本概念相对论是经典物理学与量子力学的桥梁，它对物理学的发展产生了深远的影响。
相对论的基本概念包括：时间的相对性、长度的相对性、物质的相对性、光速的不变性和能量-动量的相对性。
相对论中最基本的概念是时间的相对性，即时间不是一个普遍的或绝对的物理量，而是取决于观察者的参考系。
在相对论的视角下，时间与空间相互关联，形成时空的统一。
这就意味着，两个不同参考系下的事件，可以在时间和空间上发生不同的排序。
长度的相对性是相对论中的另一个基本概念。
同一物体的长度也会因为观察者的不同而发生变化。
在相对论的视角下，物体的长度会随着它的速度而发生变化，这是因为它们越接近光速，它们的相对长度就会越短。
物质的相对性是相对论中最奇妙的概念之一。
它表明，不同的参考系下，物体的质量可能会发生变化。
此外，质量和能量被认为是相互转换的。
根据爱因斯坦的公式，能量等于质量乘以光速的平方，这表明任何物体都可以被视为能量的形式。
相对论中的光速不变性是一个基本的定理，表明在任何参考系中，光速都是相同的。
很长一段时间里，人们认为光速是相对的，而爱因斯坦的理论却彻底改变了这种看法，证明了光速的绝对不变性。
能量-动量的相对性表明，能量和动量同样不是绝对的，而是相对于观察者的参考系。
换句话说，在不同的参考系下，同一物体所具有的能量和动量可以发生变化。
这些变化可能会导致质量、长度和时间等物理量出现异于预期的值。
狭义相对论的基本原理狭义相对论是相对论的一个分支，主要研究相对论的基础理论。
它最初由爱因斯坦提出，是解释光的行为的唯一与时俱进的理论。
狭义相对论的基本原理包括：光速不变性、相对性原理和加速度原理。
质量的相对性
质量的相对性 牛顿运动定律a = F/m
F不变,a不变,加速，会超过光 速 -与相对论不相容
女孩和男孩各有 lkg重的甜瓜,女 孩以接近光速运动。男孩用1N的力推 自己的甜瓜，加速度是1m/s2 ；他用 1N的力去推女孩的南瓜（恰好经过他 身边），按照相对论，女孩的南瓜的加 速度小宇1m/s2，因为长度收缩和时间 延缓效应。
系内为1秒）、一条话动米尺的长度和一个运动的T克原櫟的质扯（在不同的相対速度下）.
质量增加的公式和时间延缓公式 形式完全相同
区分实物与辐射
实物有静止质量/运动速率永远 达
不到光速
光没有静止质量，永远以光速运动
相对论质量增加、长度收缩和时间延缓
x q M f e — = x
;
s w
E / E t
<
L
?U
3
C
-
Hale Waihona Puke 5U如a6位
C
率
相对论质坦饵加、於度缩短利时间还鮭图中的曲践表小•一个落动时卽卜一次滴誓持埃的时间於度 （布神的参君
相对论性质量实验：探索高速运动物体的质量变化
相对论性质量实验：探索高速运动物体的质量变化引言：物理学是一门探索自然规律的学科，它通过实验和理论来揭示宇宙的奥秘。
在过去的几个世纪中，物理学家们通过不断地实验和验证，建立了一系列重要的物理定律。
其中之一是相对论性质量定律，它描述了在相对论情况下高速运动物体的质量变化。
本文将详细介绍相对论性质量实验的准备、过程以及应用，并从其他专业角度对其进行探讨。
一、相对论性质量定律的介绍：相对论性质量定律是由爱因斯坦在其狭义相对论中首次提出的。
该定律表明，在高速运动的物体中，其质量会随着速度的增加而增加。
传统牛顿力学中，质量是一个常数，它描述了物体所具有的惯性和引力特性。
然而，在相对论中，质量被视为一种能量的形式，其取决于物体的运动速度。
二、相对论性质量实验的准备：实验准备是实验成功的关键。
在相对论性质量实验中，我们需要准备以下物品：1. 加速器：用于给物体提供高速运动的加速器。
加速器可以是线性加速器或环形加速器，如同欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）。
2. 相对论性质量测量装置：用于测量物体的质量。
这些装置通常由质谱仪或粒子探测器组成。
3. 物体样本：待测的高速运动物体样本。
这些样本可以是小颗粒、原子或分子等微观粒子。
三、相对论性质量实验的过程：在进行相对论性质量实验之前，我们首先需要将待测物体加速到极高的速度。
这可以通过加速器中的电磁场、磁场或电场来完成。
一旦物体被加速到足够高的速度，我们就可以开始测量其质量的变化。
1. 加速器加速：将待测物体放入加速器中，通过加速器施加的电磁场或磁场，使其获得足够高的动能。
加速器中的电磁场可以提供很高的电场力，从而加速物体。
2. 相对论性质量测量：使用相对论性质量测量装置对加速后的物体进行测量。
质谱仪或粒子探测器可以通过测量物体的质荷比来确定其质量。
通过与非相对论情况下的质量进行比较，我们可以确定相对论性质量的变化。
3. 数据分析与验证：通过收集和分析实验数据，我们可以验证相对论性质量定律。
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
7相对论质量
mc 2 E mc
粒子速率为零时总能量就 是静止能量
E0 m0c
2
E0 m0c
2
在经典力学中，我们知道动能、势能等形 式的能量，完全不知道还有静能形式的能量
存在，可见，静能是相对论时空观的发展而发现的一种新的能量形式，这一 大胆的预言已被原子弹和核动力 等大量实验和应用所证实。
三 质能关系—新时代的标志
dP d (mv) F dt dt
dv dm F m v dt dt
在相对论中，假定功能关系仍具有经典力学的形式：质点动能的增量等于外 力所做的功
dr dP dEk F dr dr dP dt dt 2 P dP dP v dp m 2m
②
静止能量的揭示是相对论最重要的成就之一。按照辩证唯物主义的 观点，没有运动的物质同没有物质的运动同样是不可思议的。一个“静 止”的物体，仅仅是相对于所选取的参照系没有整体的运动而已，在它 的内部，存在着多种形式的运动。这些内部运动的形式，有些已经为我 们所认识。任何一个物体，里面有分子、原子的运动，在原子内部有核 外电子的运动和原子核内核子的运动等等。按质能关系，一个具有静止 质量的基本粒子，相应的也有静止能量，这个静能的存在，正是它的内 部运动的表现。
2 2 2 2 2 0
Ek
dE c k
0
m 2
m0
dm
2
这就是相对论
Ek mc m0c
2
动能公式， 其中m为相 对论质量
当v c时
1 1 v
2
c
2
1v 1v 1 1 2 2 2c 2c
2
2
2
m0 c Ek 2 v 1
化学5.1质量守恒定律之质量守恒定律的历史
关于质量守恒定律的历史质量守恒定律又称物质不灭定律，是自然界最重要的基础定律，该定律几乎构成了大部分物理科学和化学科学的基础，它对化学教学是极端重要的。
本文阐述它的发展和形成的历史。
一、守恒定律的序幕关于物质不灭一般被公认为是古希腊原子论者的思想。
留基帕和德模克利特(两人大约生活在公元前450年)认为一切物质都是由最小的、不可分的微粒──原子组成的。
德模克利特写道：“宇宙的要素是原子和虚空，其他一切都只是意见。
原子不受任何能使之发生改变的外力的影响，……而虚空则是一些空的地方，使原子不断在其中上下运动”。
如此说来，他们已经具备物质不灭的思想了。
可惜他们的著作除了一些残篇外均已散失。
关于原子是否有重量还有争论。
我们只能从亚里士多德的著作转引的残篇断句中知道原子或许有重量，但是对这一点有争论，伊壁鸠鲁(公元前约300年)承认原子学说，并肯定地认为原子有重量。
既然原子是不灭的，而原子又是有重量的，至此，我们可以认为他们已经有了质量守恒的思想了。
但是这只能是我们的推论，并没有见诸于文字的记载，一直到公元前57年左右，与凯撒和西塞罗同时代的罗马诗人路克莱修在他的伟大著作《物性论》中，记载并赞颂了古希腊原子论者们的哲学。
他重申：“无物能由无中生，无物能归于无。
”这可看作是最早暗示出一个深刻的普遍科学原理，现在的每一事物必定在过去，现在或将来持续存在，虽则它们的形状、面貌和外表确实可以改变。
然而，从路克莱修的颂辞到现代的质量守恒定律之间有着相当大的一段距离。
质量守恒定律昭示我们：无论位置、外形、状态和化学组成等如何变化，在一给定的封闭区域内的物质总量永远保持不变。
企图从古希腊人的思想中去寻觅现代物理学和化学的科学原理(也许某些天文学的原理除外)是徒劳之举，例如，路克莱修当时所关心的是哲学而不是科学问题。
这在《物性论》的第一页中讲得十分清楚：“这个教导我们的定律开始于：没有任何事物按神意从无中生。
恐惧所以能统治亿万众生，只是因为人们看见大地环宇，有无数他们不懂其原因的事件，因此以为有神灵操纵其间。
相对论动力学
一、 相对论质量：
m m0 1v 2 c2
m0：静止质量
这个重要的结论就是相对论质速关系，它反映了 物质与运动的不可分割性。改变了经典物理中人们认 为质量是不变量的观点。
二、 相对论动量:
p mv
m0
v
1v 2 c2
三、 相对论动力学基本方程
F
dp dt
d(mv) dt
d
dt
又 E mc2
光子质量
m E h
c2 c2
例 在S参照系中有两个粒子, A静止质量2m0， B静 止质量为m0。A、B均以速度v＝0.6c相向运动， 相撞后合在一起成为一个复合粒子。求复合粒子的
质量和速率。
解：能量守恒得
2m0c2 1 0.62
10m＝0c 2.M6 2 c2
得 M 3.75m0
相对论动能:
Ek mc2 m0c2 m0c2 (
1 1)
1 2
结论：
（1）与经典动能形式
Ek
1 mv2 完全不同.
2
2 质点静止时的动能为零。
3 当v c时，趋于经典结果。
1/
1 2
1
(1 2 ) 2
1
1 2
2
Ek
m0c2
1 2
v2 c2
1 2
m0v2
1 1 2
2
将动能改写为：mc2 EK m0c2
E E0
E2 m2c4 p2c2 E 20
pc
相对论动量和能量关系式
动量
p 1 c
E2
E02
1 c
(mc2 )2 (m0c2 )2
c m2 m02 m0c 2 1
光子 v c m0 0 E0 0
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相对论性质量
我们知道，对质量的不同看法，是相对论力学和经典力学的重大分歧之一。
经典力学中，一个物体的质量是恒定不变的，与物体的运动状态无关；相对论力学则认定，一个物体的质量是可变的，与其运动的速度有关，即
式中m为运动质量，简称动质量：m0为“静止质量”，简称静质量。
(1)式通常被称为“质速关系式”，是相对论力学的基本公式。
然而，笔者认为，经典的质量观是正确的，相对论的质量观是错误的，理由如下。
(1)相对论性质量违反力学相对性原理。
为便于论证，我们假设有一个“静止的”惯性系k和一个相对于k系以速度v运动的惯性系K，系静止的物体，相对于K系便是以速度V 运动的。
现在的问题是：把一个相对于k系静止时质量为
m0的物体摆放在k＇，系上，它对于k＇系的质量是否会增加?
令该物体在k＇系上的质量为m，按(1)式显然有m≠m0。
这样，惯性系k和惯性系k＇就不是等价的。
当我们用同样的力作用于该物体，它在k系和k＇系上就会产生不同的加
速度，从而可以区分这两个惯性系，进而甚至可确定一个惯性系究竟是静止的还是运动的。
但是，力学相对性原理告诉我们，力学定律在所有的惯性系都是等价的，因此不可能出现那样的结果。
可见，力学相对性原理是人类实践经验的总结，经受了长期的检验，爱因斯坦也是完全赞同的，他还把它推广到电动力学上，作为狭义相对论的两个公设之一。
因此，违反力学相对性原理的相对论性质量观，是错误的。
(2)“动质量”和“静质量”是不可区分的。
我们知道，物理学中“动”和“静”是相对的，不是绝对的。
飞机上的行李，相对于地面而言，它是运动的，但相对于飞机而言，它是静止的。
该行李放在地面上时，相对于地面是静止的，但相对于飞行飞机却又是运动的，更不必说，它对于太阳、银河等等总是处在运动中。
因此，任何一个质量都既是“静质量”，又是“动质量”，绝对的静止质量和绝对的运动质量都是不存在的。
(3)质速关系式不能解释光子的质量。
质速关系式(1)包含有光速c，故它必须适用于光子。
但是，(1)式却不能解释光子的质量问题，因为：如果光子具有静质量(≠0)，则在真空中光子的动质量据(1)式便为无穷大；这当然是荒谬的；如果光子的静质量为零，因光在空气、水、玻璃等介质中的速率小于c，故在这些介质中的光子的动质量便为零，于是光子的能量为零。
这当然与事实不符。
既然质速关系式(1)不能解
释光子的质量，故它必假无疑。
需要指出的是，荷电粒子的所谓质速关系实际上与相对论不相干，证如下：
仍假设有两惯性系k和k＇，它们的对应轴相互平行，而且k＇系相对于k系以u=0．866c(约2．6×108m／s)的速率沿x轴方向运动。
今有一静质量为mo(相对于K系而言)的类点粒子A又以u＇=0．866c的速率相对于k＇系沿x＇轴向作惯性运动(见图)，求该粒子的动质量。
可用两种计算方法：
(1)分步法
令该粒子相对于k＇系静止时的质量为m0＇，根据质速关系式(1)，其动质量为
显然，两种结果4．0m0与7．1m0是绝对不等的，由此可证，质速关系与相对论无关。
更重要的是，史实表明：质速关系在1905年以前已问世。
在这里有必要讨论一下“限速”问题，因为它被当作“质增”的主要实验依据。
所谓“限速”，指的是一个粒子或物体的速率不能超过真空中光速值。
实验表明，不论我们用多强的电磁场去加速粒子，它的速率都不能大于c。
对于这种现象，相对论的解释是：“物体的质量不再是常量，它随速率的增大而增大。
”然而这并不是唯一的解释。
许少知等认为：质增只是一种假象，真正原因是有效作用力因力传递速
度的有限性(指不是无穷大)而降低。
窃以为，许少知的解释是正确的，相对论的解释是错误的。
“限速”问题其实就是“限能”问题。
因为按照经典力学的动能公式，粒子的动能必定是有限的。
这就是说，电子的动能不能大于0．256MeV，质子不能大于469．1MeV。
但按照相对论“质增”的解释，粒子的动能可以是无限的――只要有足够高的加速电压，因此，只要解释了限能问题，也就等于解释了限速问题。
要解释限能问题，可利用功能原理。
该原理告诉我们：合外力对质点所做的功等于粒子动能的增量。
用公式表示为
功能原理对于低速运动的物体无疑是正确的，那么对于高速运动的粒子是否也正确呢?这是一个必须首先要解决的问题。
笔者认为，功能原理不仅适用于低速运动的物体，而且也适用于高速运动的粒子。
因为：1.如果该原理对高速粒子不成立，相对论动能的推导就不成立，因为其推导的一个依据就是功能原理。
所以，功能原理对高速粒子必须成立；2.如果功能原理对高速粒子不成立，则意味着能量守恒定律对高速粒子不成立。
这当然是不可能的。
于是，根据功能原理，粒子的动能为mv2/2，而电磁场对粒子所做的功必定等于粒子的动能，既不多也不少。
因此，
经典质量是正确的。
相对论性质量是错误的。
“限速”75能作为“质增”的实验证据。
相对论性质量是相对论力学的基础，因此，证伪了相对论性质量也就从根本上否定了相对论力学。
经典力学是人类长期实践经验的总结，是物理学乃至整个自然科学的基石。
它不仅适用于宏观、低速的物体，也适用于微观、高速的粒子。
至于经典力学的局限性，相对论并没有真正抓到。