Lý thuyết Vật lí Lớp 12 - Chương 7: Sơ lược về thuyết tương đối hẹp

Nội dung text: Lý thuyết Vật lí Lớp 12 - Chương 7: Sơ lược về thuyết tương đối hẹp

1. CHƯƠNG 7. SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP A. LÍ THUYẾT I. THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP 1. Các tiên đề của Anhxtanh - Hiện tượng vật lý xảy ra như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính, hay phương trình biểu diễn hiện tượng vật lý trong các hệ quy chiếu quán tính có cùng một dạng. - Vận tốc của ánh sáng trong chân không có cùng độ lớn c trong mọi hệ quy chiếu quán tính. c là giới hạn của các vận tốc vật lí: c = 299792458 m/s ( c 3.108 m/s ). 2. Một số kết quả của thuyết tương đối - Độ dài của một thanh bị co lại dọc theo phương chuyển động của nó  2 l l 1 0 c2 - Đồng hồ gắn với quan sát viên chuyển động chạy chậm hơn đồng hồ gắn với quan sát viên đứng yên. t t 0  2 1 c2 Trong đó t0 là khoảng thời gian gắn với quan sát viên đứng yên, t là khoảng thời gian gắn với quan sát viên chuyển động. II. HỆ THỨC ANH-XTANH GIỮA NĂNG LƯỢNG VÀ KHỐI LƯỢNG 1. Khối lượng tương đối tính Khối lượng của vật chuyển động với vận tốc  (khối lượng tương đối tính) là: m m 0  2 1 c2 Với m0 là khối lượng nghỉ (khối lượng khi vận tốc bằng không). 2. Hệ thức Anhxtanh giữa năng lượng và khối lượng Nếu một vật có khối lượng m thì có năng lượng E tỉ lệ với m 1 2 2 2 2 m0c  2 E mc m0 1 2 c  2 c 1 c2 2 1  2 2 1 2 Nếu  = c thì: E m0 1 2 c m0c m0 2 c 2 Chú ý - Đối với hệ kín, khối lượng và năng lượng nghỉ không nhất thiết được bảo toàn, nhưng năng lượng toàn phần (bao gồm cả động năng và năng lượng nghỉ) được bảo toàn. Trang 1
2. - Cơ học cổ điển là trường hợp riêng của cơ học tương đối tính khi vận tốc chuyển động rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng. 3. Năng lượng phôtôn hc Theo thuyết lượng tử ánh sáng, năng lượng phôtôn xác định bởi:  hf  Kí hiệu mph là khối lượng tương đối tính của photon. Mặt khác năng lượng của photon theo Anhxtanh  hf hc h  m c2 m ph ph c2 c2 c2 c 2 m0  Mà m . Suy ra khối lượng nghỉ của photon là: m0 ph mph 1 2  2 c 1 c2 Vì  c nên m0 ph 0 . Vậy khối lượng nghỉ của photon bằng 0.  h Động lượng phôtôn: p m c ph c  III. SO SÁNH GIỮA CƠ HỌC NEWTON VÀ CƠ HỌC TƯƠNG ĐỐI TÍNH Ở bảng này m là khối lượng nghỉ. So sánh Cơ học Newton Cơ học tương đối tính a) Phương trình chuyển động: d d m  m F d m dt dt F dt  2 1 c2 b) Xung lượng: p m m p  2 1 c2 c) Khối lượng: m m m  2 1 c2 d) Động năng: 1 2 m 2 1 mc2 1  2 1 c2 e) Năng lượng nghỉ: 0 mc2 2 f) Liên hệ giữa năng lượng và động lượng p W 2 2 W p mc d 2m c Trang 2