物理學(xué)-質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件

§8.3質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系§8.3質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系1牛頓力學(xué)中慣性質(zhì)量和速度的關(guān)系愛(ài)因斯坦光速不變的新思想幾乎影響了每一個(gè)物理量：時(shí)間（t）、空間（x）、質(zhì)量（m）等。?恒定外力慣性質(zhì)量牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律:牛頓力學(xué)中慣性質(zhì)量和速度的關(guān)系愛(ài)因斯坦光速不2狀態(tài)量持續(xù)作用持續(xù)增大隨速率增大而增大，這要求的上限是但質(zhì)量是相對(duì)的，質(zhì)量隨物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大。狀態(tài)量持續(xù)作用持續(xù)增大隨速率增大而增大，這要求的上限是但質(zhì)量3理論和實(shí)驗(yàn)表明，質(zhì)量和速度的關(guān)系為:顯然時(shí)，m0為靜質(zhì)量,反映物體本身的屬性,即包含的物質(zhì)的量。m為物體的慣性質(zhì)量,是相對(duì)的,決定于物體速度,速度趨于光速時(shí)，慣性質(zhì)量為無(wú)窮大。一、相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系理論和實(shí)驗(yàn)表明，質(zhì)量和速度的關(guān)系為:顯然時(shí)，4質(zhì)速關(guān)系反映了物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)的不可分割性。右圖曲線表示質(zhì)量隨速度增大情況。當(dāng)v=0.1cm增加0.5%當(dāng)v=0.866c當(dāng)v

c當(dāng)v=c(如:光子)質(zhì)速關(guān)系反映了物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)的不可分割性。當(dāng)v=0.15例：子以v=0.9c的速度運(yùn)動(dòng)，求此時(shí)的質(zhì)量為靜止質(zhì)量的多少倍？解：例：子以v=0.9c的速度運(yùn)動(dòng)，求此時(shí)的質(zhì)量為靜止質(zhì)量的6相對(duì)論中：物體受到恒力F時(shí)，加速度并非恒定。物體不會(huì)被加速到光速。速度——時(shí)間曲線相對(duì)論中：物體受到恒力F時(shí)，加速度并非恒定。物體不會(huì)被加速7二、相對(duì)論動(dòng)量與動(dòng)能相對(duì)論動(dòng)量相對(duì)論動(dòng)能二、相對(duì)論動(dòng)量與動(dòng)能相對(duì)論動(dòng)量相對(duì)論動(dòng)能8三、相對(duì)論的能量動(dòng)能：

總能：靜能：三、相對(duì)論的能量動(dòng)能：總能：靜能：9推導(dǎo)過(guò)程：推導(dǎo)過(guò)程：10相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系：

相對(duì)論中，質(zhì)量與能量等效，質(zhì)量守恒即能量守恒，質(zhì)量的變化意味著能量的變化：。物體的動(dòng)能為總能與靜能的差：當(dāng)v<<c時(shí)，相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系：。物體的動(dòng)能為總能與靜能的差：11討論(1)質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律;(2)靜能E0=m0c2表征物體靜止時(shí)的總內(nèi)能;分子間相互作用勢(shì)能分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能原子間結(jié)合在一起的化學(xué)能原子核與電子結(jié)合在一起的電磁能原子核內(nèi)基本粒子間的結(jié)合能討論(1)質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律;(2)12每秒鐘太陽(yáng)輻射的能量，即功率：解：例：太陽(yáng)向四周空間輻射能量，每秒鐘相應(yīng)的質(zhì)量虧損若為4.5×109kg，求：太陽(yáng)輻射的功率。每秒鐘太陽(yáng)輻射的能量，即功率：解：例：太陽(yáng)向四周空間輻射能量13碳的燃燒過(guò)程可用以下方程表示：

求燃燒前后質(zhì)量的變化。例：碳的燃燒過(guò)程可用以下方程表示：求燃燒前后質(zhì)量的變化。例：14相對(duì)論的誕生是人類從對(duì)世界的片面認(rèn)識(shí)到完整認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)折。經(jīng)典物理認(rèn)識(shí)物質(zhì)的內(nèi)部能量是以原子為最小單位來(lái)研究的，而相對(duì)論把粒子和場(chǎng)結(jié)合起來(lái)討論則包括了粒子內(nèi)部的所有結(jié)構(gòu)，因而靜止能量E0=m0c2是所有內(nèi)部能量。相對(duì)論的誕生是人類從對(duì)世界的片面認(rèn)識(shí)到完整認(rèn)15四、核的聚變和裂變太陽(yáng)能原子能1.核的聚變一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)較重的氘核，它將釋放出2.224MeV的能量.質(zhì)子中子氘核以射線形式放出這個(gè)能量稱為氘核的結(jié)合能。原子能就是指聚變和裂變過(guò)程中所釋放的能量。四、核的聚變和裂變太陽(yáng)能原子能1.核的聚變16對(duì)每個(gè)核，當(dāng)其中這些質(zhì)子和中子，由于吸引相互結(jié)合在一起成為一個(gè)原子核的過(guò)程中都有能量放出，這個(gè)能量就是這個(gè)核的結(jié)合能。實(shí)際結(jié)合能的計(jì)算，直接利用質(zhì)能關(guān)系可得：結(jié)合能的計(jì)算對(duì)每個(gè)核，當(dāng)其中這些質(zhì)子和中子，由于吸引相互結(jié)合在一17實(shí)際要用原子質(zhì)量計(jì)算，可改為(Mev)u是原子質(zhì)量單位，1u=1.66×10-27(kg)

1uc2=931.5(Mev)實(shí)際要用原子質(zhì)量計(jì)算，可改為(Mev)u是原子質(zhì)量單位，118輕核聚合成較重的核釋放出能量的過(guò)程稱為輕核聚變。輕核聚合成較重的核釋放出能量的過(guò)程稱為輕核聚變。19氫-3核氫-2核中子氦-4

He42+H21n10++能量H31核聚變氫-3核氫-2核中子氦-4He42+H21n10++能20例:氫彈的爆炸過(guò)程可用以下方程表示：求：這一反應(yīng)過(guò)程釋放出的能量。已知以上各成分的質(zhì)量分別為：氘:2.01360(a.u.)氚:3.01600(a.u.)氦:4.00260(a.u.)中子:1.00867(a.u.)解：(Mev)例:氫彈的爆炸過(guò)程可用以下方程表示：求：這一21氫的三種同位素及其三種水質(zhì)子數(shù)111中子數(shù)012同位素氕氘氚氫氧化物普通水重水超重水各種水占百分比99.98%0.016%微量各種水對(duì)于生物人體必需死亡之水氫的三種同位素及其三種水質(zhì)子數(shù)111中子數(shù)012同位素氕氘22常用的聚變反應(yīng)有下面4個(gè)：常用的聚變反應(yīng)有下面4個(gè)：23核聚變的產(chǎn)生條件

因?yàn)樵雍藥д姾?，它們之間會(huì)互相排斥。

要使聚變發(fā)生,兩個(gè)氫核必須以極快的速度靠近，He42+H21n10++能量H31做法是把氫氣加熱到極其高溫度(108C)！使氘核和氚核有足夠的動(dòng)能接近到10-15米核聚變的產(chǎn)生條件因?yàn)樵雍藥д姾?，它們之間會(huì)互相排斥。24根據(jù)計(jì)算,聚變反應(yīng)引起的太陽(yáng)質(zhì)量減小率只是3×10-19kg/s,是很小的量。目前太陽(yáng)處于“中年”,估計(jì)太陽(yáng)還有壽命50億年。對(duì)氫原子核聚變反應(yīng)的研究,可以追溯到20世紀(jì)30年代對(duì)太陽(yáng)的研究.1938年物理學(xué)家證明,太陽(yáng)里進(jìn)行的氫核聚變成氮核的反應(yīng),使它還能光芒萬(wàn)丈地燃燒幾十億年.2.太陽(yáng)能根據(jù)計(jì)算,聚變反應(yīng)引起的太陽(yáng)質(zhì)量減小率只是3×1025物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件263.核裂變

裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個(gè)新原子核,并釋放出能量的過(guò)程。比如中子轟擊鈾235產(chǎn)生核能裂變產(chǎn)生的新原子核質(zhì)量不對(duì)稱,一部分質(zhì)量是90～100,一部分是134～1443.核裂變裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成227重核裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等核而釋放能量的過(guò)程稱為重核裂變。容易計(jì)算出：即一次裂變約有180MeV可資利用的核能。

鈾235U和钚239Pu是常用的兩種裂變核，可用做反應(yīng)堆和原子彈中的核燃料。重核裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等核而釋放能量的過(guò)程稱為重核裂變。容易計(jì)算出28物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件291.裂變產(chǎn)物通常是一塊較重，一塊較輕，即不對(duì)稱裂變的概率大。2.裂變產(chǎn)物由于相比它們的穩(wěn)定核都是有多余電子的，所以都有-放射性(壽命很長(zhǎng))，由于原子核常處于激發(fā)態(tài)，所以有大量射線放出。因此對(duì)放射性廢物的處理極為重要。核裂變有兩個(gè)重要特征：1.裂變產(chǎn)物通常是一塊較重，一塊較輕，即不對(duì)稱核裂變有兩30原子彈氫彈原子彈氫彈31自發(fā)裂變鈾-235的含量很少，例如天然鈾只含0.714%，堆放得也比較松散，則每次裂變放出的2～3個(gè)中子都散失到空間去了，只有偶爾的1～2個(gè)中子又能擊中其它鈾核。這樣的裂變反應(yīng)不會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行。天然鈾礦就是這種情況，一般每千克鈾元素中每秒鐘有幾個(gè)原子核發(fā)生裂變，這叫做自發(fā)裂變。自發(fā)裂變鈾-235的含量很少，例如天然鈾只含32核爆炸如果元素中的鈾-235的含量非常高，如達(dá)90%以上，而且堆放得又很緊湊，則一個(gè)鈾的裂變放出的2～3個(gè)中子馬上又會(huì)引起2～3個(gè)原子核裂變，產(chǎn)生的4～9個(gè)中子又引起4～9個(gè)原子核裂變，放出8～27個(gè)中子，再引起8～27原子核裂變……如此迅速蔓延，使裂變不斷成倍增長(zhǎng)，如排山倒海而來(lái)，十分迅猛，能量釋放也十分劇烈。如果這堆鈾有一定數(shù)量，例如幾千克，就會(huì)發(fā)生核爆炸，這就是原子彈。核爆炸如果元素中的鈾-235的含量非常高，如33核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子鈾-235核分裂逃逸核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子鈾-235逃逸34核反應(yīng)堆如果這堆鈾堆放得很巧，使得每個(gè)原子核裂變放出的中子中恰好有一個(gè)擊中別的原子核發(fā)生裂變，而其余的中子散失到空間或者被其它物質(zhì)吸收而不引起裂變，那么連鎖反應(yīng)就會(huì)以穩(wěn)定的水平維持不斷的進(jìn)行下去，能量平穩(wěn)釋放。這種堆放核的裝置就是我們通常所說(shuō)的核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆用的核燃料濃度一般很低,例如最常見(jiàn)的壓水反應(yīng)堆的鈾-235濃度為3～4%,比起原子彈90%的濃度低的多得多。因此，核反應(yīng)堆是不可能象原子彈那樣發(fā)生核爆炸的。核反應(yīng)堆如果這堆鈾堆放得很巧，使得每個(gè)原子核35中國(guó)導(dǎo)彈核潛艇氫彈爆炸時(shí)形成的冷凝云氫彈空中爆炸的火球原子彈中國(guó)導(dǎo)彈核潛艇氫彈爆炸時(shí)形成的冷凝云氫彈空中爆炸的火球原子彈36面對(duì)巨大的爆炸，曼哈頓工程負(fù)責(zé)人，被稱為“原子彈之父”奧本海默在核爆觀測(cè)站里感到十分震驚，他想起了印度一首古詩(shī)：“漫天奇光異彩，有如圣靈逞威，只有一千個(gè)太陽(yáng)，才能與其爭(zhēng)輝。我是死神，我是世界的毀滅者?！泵鎸?duì)巨大的爆炸，曼哈頓工程負(fù)責(zé)人，被稱為“原子彈之37愛(ài)因斯坦與西拉德起草信件給羅斯福愛(ài)因斯坦與西拉德起草信件給羅斯福38愛(ài)因斯坦與美國(guó)理論物理學(xué)家羅伯特-奧本海默，愛(ài)因斯坦1933年移居美國(guó)，在美國(guó)愛(ài)因斯坦幫助開(kāi)發(fā)曼哈頓島計(jì)劃(即利用核的裂變反應(yīng)制造原子彈)。愛(ài)因斯坦與美國(guó)理論物理學(xué)家羅伯特-奧本海默，39原子核的裂變1.裂變能的釋放已提純的235U,準(zhǔn)備再加工為實(shí)彈彈頭原子核的裂變1.裂變能的釋放已提純的235U,準(zhǔn)備再加40原子彈和氫彈美國(guó)投到日本廣島的原子彈“小男孩”美國(guó)投到日本長(zhǎng)崎的原子彈“胖子”利用自持進(jìn)行的原子核裂變或聚變反應(yīng)瞬時(shí)釋放的能量。原子彈:主要利用或等重原子核的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)原理制成的核武器。原子彈和氫彈美國(guó)投到日本廣島美國(guó)投到日本長(zhǎng)崎利用自持進(jìn)行的原41物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件42槍法原子彈結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)爆法原子彈結(jié)構(gòu)示意圖氫彈結(jié)構(gòu)原理示意圖氫彈:主要利用重氫﹑超重氫等輕原子核的熱核聚變反應(yīng)原理制成的核武器槍法原子彈結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)爆法原子彈結(jié)構(gòu)示意圖氫彈結(jié)構(gòu)原理示意圖431945年8月6日美國(guó)向日本廣島投下原子彈。此彈重4082公斤，彈長(zhǎng)3.05米，彈徑0.711米，裝料為60公斤鈾235，當(dāng)中只有約1公斤在爆炸中進(jìn)行了核裂變，釋放的能量約相等于一萬(wàn)三千公噸的TNT烈性炸藥，即大概為5.5×1013焦。被稱為“小男孩”。原子彈造成了死亡7.1萬(wàn)人，傷6.8萬(wàn)人，遭到破壞的總面積達(dá)12平方公里，破壞建筑物5萬(wàn)余所。在距離爆炸地點(diǎn)約200米的半徑內(nèi)，高溫及炫目的光線使周?chē)囊磺袞|西被燒毀或者褪了顏色,強(qiáng)烈的沖擊波把燒焦的物體濺到墻壁上。一座繁榮的城市瞬間變成了煙霧彌漫的廢墟。1945年8月6日美國(guó)向日本廣島投下原子彈。44原子彈爆炸原子彈爆炸45氫彈爆炸時(shí)形成的冷凝云氫彈爆炸時(shí)形成的冷凝云46核能利用核能利用47核聚變能源的無(wú)可比擬優(yōu)點(diǎn)：（1）能量巨大：核聚變比核裂變釋放出更多的能量。如鈾235的裂變反應(yīng)將千分之一的物質(zhì)變成了能量;而氘的聚變反應(yīng)則將近千分之四的物質(zhì)變成了能量。（2）資源豐富：重核裂變使用的主要原料是鈾，目前探明的儲(chǔ)量?jī)H夠使用約1000年；而輕核聚變使用的燃料是海水中的氘，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應(yīng)中能產(chǎn)生約等于300升汽油的能量，即“1升海水約等于300升汽油”，地球上海水中就有45萬(wàn)億噸氘，足夠人類使用百億年。核聚變能源的無(wú)可比擬優(yōu)點(diǎn)：（1）能量巨大：核聚變比核裂變釋放48

（3）成本低廉：1kg氘的價(jià)格只為1kg濃縮鈾的1/40。（4）安全、無(wú)污染：核聚變不產(chǎn)生放射性污染物，萬(wàn)一發(fā)生事故，反應(yīng)堆會(huì)自動(dòng)冷卻而停止反應(yīng)，不會(huì)發(fā)生爆炸?？傊?，受控核聚變的燃料取之不盡、用之不竭，核聚變能源將是21世紀(jì)最理想的“長(zhǎng)壽”能源。（3）成本低廉：1kg氘的價(jià)格只為1kg濃縮鈾的1/40。49截至2000年底，全世界正在運(yùn)行的核動(dòng)力堆共有438座，總裝機(jī)容量為351兆千瓦，為提供的電力的16%。而受控核聚變堆有望到21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)。

法國(guó)比利時(shí)瑞典日本德國(guó)英國(guó)美國(guó)中國(guó)74.6%56.8%39%33.8%30.6%22%20%1.2%各國(guó)核電占總電力的百分比截至2000年底，全世界正在運(yùn)行的核動(dòng)力堆共50核反應(yīng)堆需要有慢化劑,通過(guò)它的原子與中子碰撞,將快中子慢化為熱中子。核反應(yīng)堆需要有慢化劑,通過(guò)它的原子與中子碰撞,將快中子慢51費(fèi)米建立的第一個(gè)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆1941年12月，費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)一批物理學(xué)家在芝加哥大學(xué)斯塔格運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的西看臺(tái)下建造世界上第一座原子反應(yīng)堆。該反應(yīng)堆是用石墨層和鈾層相間堆砌的,共有57層，高6米。費(fèi)米建立的第一個(gè)鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆1941年1252核電站示意圖核電站示意圖53采用中子慢化技術(shù)——熱中子堆提高鈾燃料中235U的含量——快中子堆2.自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)采用中子慢化技提高鈾燃料中235U的2.自持鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)54（天然鈾52噸、高純石墨1000多噸，總重1400噸）世界第一座核反應(yīng)堆（天然鈾52噸、高純石墨1000多噸，總重1400噸）世界第55中國(guó)第一座實(shí)驗(yàn)用核反應(yīng)堆外貌

中國(guó)第一座實(shí)驗(yàn)用核反應(yīng)堆外貌56秦山核電站秦山核電站57廣東大亞灣核電站廣東大亞灣核電站58大亞灣核電站夜景大亞灣核電站夜景59鈾的儲(chǔ)量鈾在陸地上的儲(chǔ)量并不豐富，總量不超過(guò)500萬(wàn)噸，按目前的消耗量，僅夠人類使用幾十年。在浩瀚的海水中，有超過(guò)陸地幾千萬(wàn)倍的鈾，但其分布不集中，1000噸海水中僅含有3克鈾，如何提取出來(lái)是一項(xiàng)關(guān)鍵性步驟。目前在研究的有：吸附法、共沉淀法、氣泡分離法、藻類生物濃縮法。需要指出的是，鈾廢料的放射性污染問(wèn)題是令人擔(dān)憂的。鈾的儲(chǔ)量鈾在陸地上的儲(chǔ)量并不豐富，總60切爾諾貝利核電站1986.4.26,前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站四號(hào)機(jī)組發(fā)生核泄漏,后果相當(dāng)于500顆原子彈的當(dāng)量,受污染地區(qū),主要在烏克蘭、俄羅斯和白俄羅斯,達(dá)15萬(wàn)KM2,受害人口為695萬(wàn),迄今因遭受輻射而死亡的人數(shù)達(dá)30多萬(wàn)。切爾諾貝利核電站1986.4.26,61“石棺”的加固工程正在進(jìn)行“石棺”的加固工程正在進(jìn)行62這15萬(wàn)KM2土地,就像是蘇聯(lián)人在追求科學(xué)和工業(yè)化甚至軍備競(jìng)賽中為自己掘下的一個(gè)巨大墳?zāi)?杳無(wú)人煙,一切都定格在事故發(fā)生的那一刻,連新婚夫婦的衣服、結(jié)婚宴席仍原封不動(dòng)地?cái)[在那里,誰(shuí)也說(shuō)不清將會(huì)擺多久。在這個(gè)巨大的墳?zāi)估?人煙絕跡,鳥(niǎo)獸全無(wú),誰(shuí)也不敢走進(jìn)這個(gè)大墳?zāi)?。被疏散到核輻射邊沿區(qū)的人,由于糧食短缺，便到林中采摘蘑菇,然而只吃了幾次,有人死在了采蘑菇的路上。這都是核輻射的后患。這15萬(wàn)KM2土地,就像是蘇聯(lián)人在追求科學(xué)和工業(yè)化甚至63不同意外事件致命危險(xiǎn)度車(chē)禍．．．．．．．．．跌倒．．．．．．．．．火災(zāi)．．．．．．．．．洪水．．．．．．．．．中強(qiáng)．．．．．．．．．空難．．．．．．．．．天空掉下之物．．．．．觸電．．．．．．．．．閃電．．．．．．．．．臺(tái)風(fēng)．．．．．．．．．以上全部．．．．．．．1/4,0001/10,0001/25,0001/30,0001/100,0001/100,0001/160,0001/160,0001/200,0001/250,000~1/2,000不同意外事件致命危險(xiǎn)度車(chē)禍．．．．．．．．．1/4,00064§8.3質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系§8.3質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系65牛頓力學(xué)中慣性質(zhì)量和速度的關(guān)系愛(ài)因斯坦光速不變的新思想幾乎影響了每一個(gè)物理量：時(shí)間（t）、空間（x）、質(zhì)量（m）等。?恒定外力慣性質(zhì)量牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律:牛頓力學(xué)中慣性質(zhì)量和速度的關(guān)系愛(ài)因斯坦光速不66狀態(tài)量持續(xù)作用持續(xù)增大隨速率增大而增大，這要求的上限是但質(zhì)量是相對(duì)的，質(zhì)量隨物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大。狀態(tài)量持續(xù)作用持續(xù)增大隨速率增大而增大，這要求的上限是但質(zhì)量67理論和實(shí)驗(yàn)表明，質(zhì)量和速度的關(guān)系為:顯然時(shí)，m0為靜質(zhì)量,反映物體本身的屬性,即包含的物質(zhì)的量。m為物體的慣性質(zhì)量,是相對(duì)的,決定于物體速度,速度趨于光速時(shí)，慣性質(zhì)量為無(wú)窮大。一、相對(duì)論質(zhì)速關(guān)系理論和實(shí)驗(yàn)表明，質(zhì)量和速度的關(guān)系為:顯然時(shí)，68質(zhì)速關(guān)系反映了物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)的不可分割性。右圖曲線表示質(zhì)量隨速度增大情況。當(dāng)v=0.1cm增加0.5%當(dāng)v=0.866c當(dāng)v

c當(dāng)v=c(如:光子)質(zhì)速關(guān)系反映了物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)的不可分割性。當(dāng)v=0.169例：子以v=0.9c的速度運(yùn)動(dòng)，求此時(shí)的質(zhì)量為靜止質(zhì)量的多少倍？解：例：子以v=0.9c的速度運(yùn)動(dòng)，求此時(shí)的質(zhì)量為靜止質(zhì)量的70相對(duì)論中：物體受到恒力F時(shí)，加速度并非恒定。物體不會(huì)被加速到光速。速度——時(shí)間曲線相對(duì)論中：物體受到恒力F時(shí)，加速度并非恒定。物體不會(huì)被加速71二、相對(duì)論動(dòng)量與動(dòng)能相對(duì)論動(dòng)量相對(duì)論動(dòng)能二、相對(duì)論動(dòng)量與動(dòng)能相對(duì)論動(dòng)量相對(duì)論動(dòng)能72三、相對(duì)論的能量動(dòng)能：

總能：靜能：三、相對(duì)論的能量動(dòng)能：總能：靜能：73推導(dǎo)過(guò)程：推導(dǎo)過(guò)程：74相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系：

相對(duì)論中，質(zhì)量與能量等效，質(zhì)量守恒即能量守恒，質(zhì)量的變化意味著能量的變化：。物體的動(dòng)能為總能與靜能的差：當(dāng)v<<c時(shí)，相對(duì)論質(zhì)能關(guān)系：。物體的動(dòng)能為總能與靜能的差：75討論(1)質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律;(2)靜能E0=m0c2表征物體靜止時(shí)的總內(nèi)能;分子間相互作用勢(shì)能分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能原子間結(jié)合在一起的化學(xué)能原子核與電子結(jié)合在一起的電磁能原子核內(nèi)基本粒子間的結(jié)合能討論(1)質(zhì)能關(guān)系統(tǒng)一了質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律;(2)76每秒鐘太陽(yáng)輻射的能量，即功率：解：例：太陽(yáng)向四周空間輻射能量，每秒鐘相應(yīng)的質(zhì)量虧損若為4.5×109kg，求：太陽(yáng)輻射的功率。每秒鐘太陽(yáng)輻射的能量，即功率：解：例：太陽(yáng)向四周空間輻射能量77碳的燃燒過(guò)程可用以下方程表示：

求燃燒前后質(zhì)量的變化。例：碳的燃燒過(guò)程可用以下方程表示：求燃燒前后質(zhì)量的變化。例：78相對(duì)論的誕生是人類從對(duì)世界的片面認(rèn)識(shí)到完整認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)折。經(jīng)典物理認(rèn)識(shí)物質(zhì)的內(nèi)部能量是以原子為最小單位來(lái)研究的，而相對(duì)論把粒子和場(chǎng)結(jié)合起來(lái)討論則包括了粒子內(nèi)部的所有結(jié)構(gòu)，因而靜止能量E0=m0c2是所有內(nèi)部能量。相對(duì)論的誕生是人類從對(duì)世界的片面認(rèn)識(shí)到完整認(rèn)79四、核的聚變和裂變太陽(yáng)能原子能1.核的聚變一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)較重的氘核，它將釋放出2.224MeV的能量.質(zhì)子中子氘核以射線形式放出這個(gè)能量稱為氘核的結(jié)合能。原子能就是指聚變和裂變過(guò)程中所釋放的能量。四、核的聚變和裂變太陽(yáng)能原子能1.核的聚變80對(duì)每個(gè)核，當(dāng)其中這些質(zhì)子和中子，由于吸引相互結(jié)合在一起成為一個(gè)原子核的過(guò)程中都有能量放出，這個(gè)能量就是這個(gè)核的結(jié)合能。實(shí)際結(jié)合能的計(jì)算，直接利用質(zhì)能關(guān)系可得：結(jié)合能的計(jì)算對(duì)每個(gè)核，當(dāng)其中這些質(zhì)子和中子，由于吸引相互結(jié)合在一81實(shí)際要用原子質(zhì)量計(jì)算，可改為(Mev)u是原子質(zhì)量單位，1u=1.66×10-27(kg)

1uc2=931.5(Mev)實(shí)際要用原子質(zhì)量計(jì)算，可改為(Mev)u是原子質(zhì)量單位，182輕核聚合成較重的核釋放出能量的過(guò)程稱為輕核聚變。輕核聚合成較重的核釋放出能量的過(guò)程稱為輕核聚變。83氫-3核氫-2核中子氦-4

He42+H21n10++能量H31核聚變氫-3核氫-2核中子氦-4He42+H21n10++能84例:氫彈的爆炸過(guò)程可用以下方程表示：求：這一反應(yīng)過(guò)程釋放出的能量。已知以上各成分的質(zhì)量分別為：氘:2.01360(a.u.)氚:3.01600(a.u.)氦:4.00260(a.u.)中子:1.00867(a.u.)解：(Mev)例:氫彈的爆炸過(guò)程可用以下方程表示：求：這一85氫的三種同位素及其三種水質(zhì)子數(shù)111中子數(shù)012同位素氕氘氚氫氧化物普通水重水超重水各種水占百分比99.98%0.016%微量各種水對(duì)于生物人體必需死亡之水氫的三種同位素及其三種水質(zhì)子數(shù)111中子數(shù)012同位素氕氘86常用的聚變反應(yīng)有下面4個(gè)：常用的聚變反應(yīng)有下面4個(gè)：87核聚變的產(chǎn)生條件

因?yàn)樵雍藥д姾?，它們之間會(huì)互相排斥。

要使聚變發(fā)生,兩個(gè)氫核必須以極快的速度靠近，He42+H21n10++能量H31做法是把氫氣加熱到極其高溫度(108C)！使氘核和氚核有足夠的動(dòng)能接近到10-15米核聚變的產(chǎn)生條件因?yàn)樵雍藥д姾桑鼈冎g會(huì)互相排斥。88根據(jù)計(jì)算,聚變反應(yīng)引起的太陽(yáng)質(zhì)量減小率只是3×10-19kg/s,是很小的量。目前太陽(yáng)處于“中年”,估計(jì)太陽(yáng)還有壽命50億年。對(duì)氫原子核聚變反應(yīng)的研究,可以追溯到20世紀(jì)30年代對(duì)太陽(yáng)的研究.1938年物理學(xué)家證明,太陽(yáng)里進(jìn)行的氫核聚變成氮核的反應(yīng),使它還能光芒萬(wàn)丈地燃燒幾十億年.2.太陽(yáng)能根據(jù)計(jì)算,聚變反應(yīng)引起的太陽(yáng)質(zhì)量減小率只是3×1089物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件903.核裂變

裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成2個(gè)新原子核,并釋放出能量的過(guò)程。比如中子轟擊鈾235產(chǎn)生核能裂變產(chǎn)生的新原子核質(zhì)量不對(duì)稱,一部分質(zhì)量是90～100,一部分是134～1443.核裂變裂變是質(zhì)量較大的原子核在中子轟擊下分裂成291重核裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等核而釋放能量的過(guò)程稱為重核裂變。容易計(jì)算出：即一次裂變約有180MeV可資利用的核能。

鈾235U和钚239Pu是常用的兩種裂變核，可用做反應(yīng)堆和原子彈中的核燃料。重核裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等核而釋放能量的過(guò)程稱為重核裂變。容易計(jì)算出92物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件931.裂變產(chǎn)物通常是一塊較重，一塊較輕，即不對(duì)稱裂變的概率大。2.裂變產(chǎn)物由于相比它們的穩(wěn)定核都是有多余電子的，所以都有-放射性(壽命很長(zhǎng))，由于原子核常處于激發(fā)態(tài)，所以有大量射線放出。因此對(duì)放射性廢物的處理極為重要。核裂變有兩個(gè)重要特征：1.裂變產(chǎn)物通常是一塊較重，一塊較輕，即不對(duì)稱核裂變有兩94原子彈氫彈原子彈氫彈95自發(fā)裂變鈾-235的含量很少，例如天然鈾只含0.714%，堆放得也比較松散，則每次裂變放出的2～3個(gè)中子都散失到空間去了，只有偶爾的1～2個(gè)中子又能擊中其它鈾核。這樣的裂變反應(yīng)不會(huì)連續(xù)不斷地進(jìn)行。天然鈾礦就是這種情況，一般每千克鈾元素中每秒鐘有幾個(gè)原子核發(fā)生裂變，這叫做自發(fā)裂變。自發(fā)裂變鈾-235的含量很少，例如天然鈾只含96核爆炸如果元素中的鈾-235的含量非常高，如達(dá)90%以上，而且堆放得又很緊湊，則一個(gè)鈾的裂變放出的2～3個(gè)中子馬上又會(huì)引起2～3個(gè)原子核裂變，產(chǎn)生的4～9個(gè)中子又引起4～9個(gè)原子核裂變，放出8～27個(gè)中子，再引起8～27原子核裂變……如此迅速蔓延，使裂變不斷成倍增長(zhǎng)，如排山倒海而來(lái)，十分迅猛，能量釋放也十分劇烈。如果這堆鈾有一定數(shù)量，例如幾千克，就會(huì)發(fā)生核爆炸，這就是原子彈。核爆炸如果元素中的鈾-235的含量非常高，如97核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子鈾-235核分裂逃逸核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子鈾-235逃逸98核反應(yīng)堆如果這堆鈾堆放得很巧，使得每個(gè)原子核裂變放出的中子中恰好有一個(gè)擊中別的原子核發(fā)生裂變，而其余的中子散失到空間或者被其它物質(zhì)吸收而不引起裂變，那么連鎖反應(yīng)就會(huì)以穩(wěn)定的水平維持不斷的進(jìn)行下去，能量平穩(wěn)釋放。這種堆放核的裝置就是我們通常所說(shuō)的核反應(yīng)堆。核反應(yīng)堆用的核燃料濃度一般很低,例如最常見(jiàn)的壓水反應(yīng)堆的鈾-235濃度為3～4%,比起原子彈90%的濃度低的多得多。因此，核反應(yīng)堆是不可能象原子彈那樣發(fā)生核爆炸的。核反應(yīng)堆如果這堆鈾堆放得很巧，使得每個(gè)原子核99中國(guó)導(dǎo)彈核潛艇氫彈爆炸時(shí)形成的冷凝云氫彈空中爆炸的火球原子彈中國(guó)導(dǎo)彈核潛艇氫彈爆炸時(shí)形成的冷凝云氫彈空中爆炸的火球原子彈100面對(duì)巨大的爆炸，曼哈頓工程負(fù)責(zé)人，被稱為“原子彈之父”奧本海默在核爆觀測(cè)站里感到十分震驚，他想起了印度一首古詩(shī)：“漫天奇光異彩，有如圣靈逞威，只有一千個(gè)太陽(yáng)，才能與其爭(zhēng)輝。我是死神，我是世界的毀滅者。”面對(duì)巨大的爆炸，曼哈頓工程負(fù)責(zé)人，被稱為“原子彈之101愛(ài)因斯坦與西拉德起草信件給羅斯福愛(ài)因斯坦與西拉德起草信件給羅斯福102愛(ài)因斯坦與美國(guó)理論物理學(xué)家羅伯特-奧本海默，愛(ài)因斯坦1933年移居美國(guó)，在美國(guó)愛(ài)因斯坦幫助開(kāi)發(fā)曼哈頓島計(jì)劃(即利用核的裂變反應(yīng)制造原子彈)。愛(ài)因斯坦與美國(guó)理論物理學(xué)家羅伯特-奧本海默，103原子核的裂變1.裂變能的釋放已提純的235U,準(zhǔn)備再加工為實(shí)彈彈頭原子核的裂變1.裂變能的釋放已提純的235U,準(zhǔn)備再加104原子彈和氫彈美國(guó)投到日本廣島的原子彈“小男孩”美國(guó)投到日本長(zhǎng)崎的原子彈“胖子”利用自持進(jìn)行的原子核裂變或聚變反應(yīng)瞬時(shí)釋放的能量。原子彈:主要利用或等重原子核的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)原理制成的核武器。原子彈和氫彈美國(guó)投到日本廣島美國(guó)投到日本長(zhǎng)崎利用自持進(jìn)行的原105物理學(xué)--質(zhì)量隨速度而增大質(zhì)能關(guān)系課件106槍法原子彈結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)爆法原子彈結(jié)構(gòu)示意圖氫彈結(jié)構(gòu)原理示意圖氫彈:主要利用重氫﹑超重氫等輕原子核的熱核聚變反應(yīng)原理制成的核武器槍法原子彈結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)爆法原子彈結(jié)構(gòu)示意圖氫彈結(jié)構(gòu)原理示意圖1071945年8月6日美國(guó)向日本廣島投下原子彈。此彈重4082公斤，彈長(zhǎng)3.05米，彈徑0.711米，裝料為60公斤鈾235，當(dāng)中只有約1公斤在爆炸中進(jìn)行了核裂變，釋放的能量約相等于一萬(wàn)三千公噸的TNT烈性炸藥，即大概為5.5×1013焦。被稱為“小男孩”。原子彈造成了死亡7.1萬(wàn)人，傷6.8萬(wàn)人，遭到破壞的總面積達(dá)12平方公里，破壞建筑物5萬(wàn)余所。在距離爆炸地點(diǎn)約200米的半徑內(nèi)，高溫及炫目的光線使周?chē)囊磺袞|西被燒毀或者褪了顏色,強(qiáng)烈的沖擊波把燒焦的物體濺到墻壁上。一座繁榮的城市瞬間變成了煙霧彌漫的廢墟。1945年8月6日美國(guó)向日本廣島投下原子彈。108原子彈爆炸原子彈爆炸109氫彈爆炸時(shí)形成的冷凝云氫彈爆炸時(shí)形成的冷凝云110核能利用核能利用111核聚變能源的無(wú)可比擬優(yōu)點(diǎn)：（1）能量巨大：核聚變比核裂變釋放出更多的能量。如鈾235的裂變反應(yīng)將千分之一的物質(zhì)變成了能量;而氘的聚變反應(yīng)則將近千分之四的物質(zhì)變成了能量。（2）資源豐富：重核裂變使用的主要原料是鈾，目前探明的儲(chǔ)量?jī)H夠使用約1000年；而輕核聚變使用的燃料是海水中的氘，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應(yīng)中能產(chǎn)生約等于300升汽油的能量，即“1升海水約等于300升汽油”，地球上海水中就有45萬(wàn)億噸氘，足夠人類使用百億年。核聚變能源的無(wú)可比擬優(yōu)點(diǎn)：（1）能量巨大：核聚變比核裂變釋放112

（3）成本低廉：1kg氘的價(jià)格只為1kg濃縮鈾的1/40。（4）安全、無(wú)污染：核聚變不產(chǎn)生放射性污染物，萬(wàn)一發(fā)生事故，反應(yīng)堆會(huì)自動(dòng)冷卻而停止反應(yīng)，不會(huì)發(fā)生爆炸。總之，受控核聚變的燃料取之不盡、用之不竭，核聚變能源將是21世紀(jì)最理想的“長(zhǎng)壽”能源。（3）成本低廉：1kg氘的價(jià)格只為1kg濃縮鈾的1/40。113截至2000年底，全世界正在運(yùn)行的核動(dòng)力堆共有438座，總裝機(jī)容量為351兆千瓦，為提供的電力的16%。而受控核聚變堆有望到21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)。

法國(guó)比利時(shí)瑞典日本德國(guó)英國(guó)美國(guó)中國(guó)74.6%56.8%39%33.8%30.6%22%20%1.2%各國(guó)核電占總電力的百分比截至20