题目
质子在加速器中被加速,当其动能为静止能量的3倍时,其质量为静止质量的 倍。
质子在加速器中被加速,当其动能为静止能量的3倍时,其质量为静止质量的 倍。
题目解答
答案
4
解析
考查要点:本题主要考查相对论中能量与质量的关系,特别是动能与静止能量的关系,以及如何通过动能计算运动质量。
解题核心思路:
- 明确相对论动能公式:动能 $K = (\gamma - 1)m_0 c^2$,其中 $\gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$ 是洛伦兹因子,$m_0$ 是静止质量。
- 建立方程:题目中动能为静止能量的3倍,即 $K = 3m_0 c^2$,代入公式求 $\gamma$。
- 计算运动质量:运动质量 $m = \gamma m_0$,最终得到质量倍数。
破题关键点:
- 正确应用相对论动能公式,而非经典力学公式。
- 通过动能与静止能量的关系求出 $\gamma$,进而得到质量倍数。
步骤1:写出相对论动能公式
根据相对论,动能为:
$K = (\gamma - 1)m_0 c^2$
其中 $\gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$,$m_0$ 是静止质量。
步骤2:代入已知条件
题目中动能为静止能量的3倍,即:
$K = 3m_0 c^2$
将 $K$ 代入公式:
$3m_0 c^2 = (\gamma - 1)m_0 c^2$
步骤3:解方程求 $\gamma$
两边同时除以 $m_0 c^2$:
$3 = \gamma - 1$
解得:
$\gamma = 4$
步骤4:计算运动质量
运动质量为:
$m = \gamma m_0 = 4m_0$
因此,质量是静止质量的 4倍。