狭义相对论带来的原子能开发,核物理论文.docx
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1、狭义相对论带来的原子能开发,核物理论文摘 要: 狭义相对论的提出是上世纪初物理学的革命, 打破了牛顿的绝对时空观念, 指出时空和物质的运动密不可分。论文通过广泛的调研, 梳理了狭义相对论的基本理论, 推导了质能方程, 并且结合了 核结合能 的基本概念, 分析利用原子能的基本方式方法, 指出核能利用的两个途径, 核聚变和核裂变, 并对这两种核反响的利用方式方法, 现在状况和前景作了具体介绍。 本文关键词语: 狭义相对论; 质能方程; 结合能; 核裂变; 核聚变; 1. 狭义相对论简介 1.1 狭义相对论 狭义相对论是上个世纪初伟大的物理学成就, 否认了牛顿的绝对时空观, 指出了对时间和空间的描绘
2、叙述并非绝对不变, 而是与物质的运动密不可分。 在经典力学当中, 在不同惯性系中对同一运动的描绘叙述结果之间, 由伽利略变换相联络。伽利略变换的一个直接的结果就是速度u在不同参考系下的变换知足: 华而不实v是惯性系的相对速度。这个结果与日常的经历体验相符合, 但是十九世纪末人们对光速的测量结果显示, 不同的惯性系下真空中的光速是一个常数, 不知足伽利略变换。为了维护经典力学, 人们提出 以太参考系 的概念, 以为存在这样一个绝对静止的参考系, 光速相对于 以太 而言是不变的, 但是这一假讲很快被实验否认。 为了解决这些矛盾, 爱因斯坦提出了狭义相对论理论。他提出两个基本假讲: (1) 光速不变
3、原理, 即光速对于所有惯性参考系而言是不变的。 (2) 狭义相对性原理, 所有真实的物理定律在不同惯性系中应该具有一样的形式;也就是惯性系平权, 不可能通过物理学实验来区分不同的惯性系。 基于这两点假设, 爱因斯坦得出了与经典力学完全不同的时空描绘叙述, 也就是不同惯性参考系对时间和空间尺度的测量结果可能是不同的, 这就是着名的 时间膨胀 和 尺度收缩 效应。简而言之, 基本狭义相对论, 人们发现运动的时钟走得比拟慢, 测量运动尺子的长度比它静止时的固有长度要短, 同时物体的惯性随着速度的增加而增大, 也就是: 华而不实m是运动质量, m0是静止质量。 1.2 质能方程 狭义相对论的一个重要结
4、果就是质能方程, 指出了质量和能量的对应关系, 为原子能的应用提供了理论基础。对于一个静止的物体而言, 对其施加一定的作用力f, 在运动一段轨迹之后, 物体的动能Ek等于力作的功, 其数学形式知足: 再利用简单的微积分技巧能够得到最终的结果: 为了研究原子核反响经过中的质能关系, 假设反响前存在一个静止的母核, 在某时刻发生核反响, 母核分裂成N个子核四处飞散。反响后体系的动能等于各个子核的动能之和, 即有: 中括号中第一项为哪一项在与母核相对静止的参考系中测量的子核的质量之和, 根据质量守恒定律, 这一项等于反响前的母核的静止质量;中括号中第二项是反响后子核的静止质量之和, 二者之差为反响前
5、后的静止质量变化m, 能够看到在原子核反响经过中, 静止质量的变化和反响后的动能知足Ek=m c2, 这就是着名的质能方程。 2. 核结合能与比结合能曲线 从狭义相对论的推论可知, 原子核反响经过中有能量释放, 为了定量研究这一经过的能量关系, 必须引入核结合能的概念。 2.1 核结合能 核结合能是指将一个原子核分开为各个独立的核子 (质子和中子) 时所需要作的功, 可以以表示将各个独立的核子结合成一个原子核时释放的能量。核结合能反映核子结合的严密程度, 核结合能数值越大, 原子核的结合越严密, 构造越稳定。几个独立核子的静止质量和要比其结合成原子核的静止质量要大, 也就是核子在结合成原子核时
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