《相对论与量子论》PPT课件

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1、第三章相对论与量子论物理学简介现代物理学的发展第一节揭开现代物理学发展序幕的“三大发现”第二节相对论与现代时空观第三节量子论与现代高新技术物理学简介什么是物理学？物理学是研究物质的最基本、最普遍的运动形式以及物质的基本结构的科学。物理学与其它科学地关系：1、物理学是最基本的科学。2、物理学是最古老、然而发展最快的科学。3、物理学提供最多、最基本的科学研究手段。物理学已成为实验物理、理论物理、计算物理三足鼎立的科学。经典力学（牛顿力学）物理学的重大基础理论：统计力学（热力学）电磁学相对论量子论经典物理学16～19世纪现代物理学（19世纪末、2

2、0世纪初开始）第一节揭开现代物理学发展序幕的“三大发现”19世纪末，物理学实验中的两朵乌云：（1）热辐射实验中出现的“紫外灾难”问题；（2）迈克尔逊－莫雷实验所研究的“以太”问题。真空放电实验阴极射线发现X射线和电子研究放射性对X射线的研究美国物理学家。曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席、美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。主要从事光学和光谱学方面的研究，以毕生精力从事光速的精密测量。1887年他与莫雷合作，进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验，这是一个最重大的否定性实验，它否定了“以

3、太”的存在。迈克耳逊迈克尔逊在1907年荣获诺贝尔物理学奖。一、X射线的发现二、天然放射性的发现放射性——是指物质能自发放射出某种射线的性质。1896年初，法国科学院院士、著名物理学家彭加勒。1895年，德国维尔茨堡大学校长兼物理所所长、物理学教授伦琴在重复阴极射线实验时，发现了X射线。X射线实质上是一种波长很短的电磁波。1901年，伦琴获得第一个诺贝尔物理学奖。法国物理学家贝克勒尔铀盐的放射性居里夫人和丈夫居里放射性元素钚和镭镭的放射性比铀强200多万倍。贝克勒尔、居里和居里夫人共同荣获1903年诺贝尔物理学奖。法国物理学家朗之万三、电子

4、的发现放射性天然放射性－天然放射性元素自发放射的性质。如：铀、镭等人工放射性－通过核反应，利用反应堆、加速器造出的放射性物质。英国剑桥大学卡文迪什实验室的教授－汤姆逊1897年，汤姆逊和他的学生通过实验测量证实：阴极射线是由带负电微粒组成的粒子流。这种“微粒”即电子。1906年，汤姆逊由于发现电子而荣获诺贝尔物理学奖。他被誉为“最先打开通向粒子物理学大门的伟人。”1909年，美国物理学家密立根密立根油滴实验测得了电子电荷的精确值e，算出电子的质量m。证明了一个电子所带的电量是电荷的最基本单位。三大发现把人们的视野由宏观领域引向微观领域。第二

5、节相对论与现代时空观相对论狭义相对论----一种新的时空理论广义相对论----一种新的引力理论一、狭义相对论1、狭义相对论的创立2、狭义相对论的两个基本原理（1）相对性原理：一切物理定律（包括力学、电学等）在所有惯性系中均成立。（2）光速不变原理：光在真空中总是以确定的速度C=3×m/s传播。与光源的运动无关。3、狭义相对论的关键思想——爱因斯坦同时性的定义（2）在高速运动中，光信号传播所用的时间不能忽略不计。0pr说明（1）时间和空间是密不可分的，是相对的。C4、狭义相对论的核心方法----洛仑兹变换伽利略变换x’=x–vty’=yz’

6、=zt’=tyOxPkv0’y’k’x’zZ’洛仑兹变换洛仑兹收缩因子爱因斯坦同时性因子当v«c时，洛仑兹变换伽利略变换x’=x–vty’=yz’=zt’=t洛仑兹变换伽利略变换同时，在洛仑兹变换中只能取不为零的实数，表明真空中的光速是物质运动的上限速度。可见，相对论包含了牛顿力学。5、狭义相对论的时空观：③空间的相对性----动尺变短。②时间的相对性----动钟变慢。①同时的相对性。在K系同时Δt=0,不同地点ΔX≠0发生,则Δt’≠0,即在k‘系，不再是同时发生。对于一只静止在K系中的时钟，它的位置是不变的，即ΔX=0，所以运动的时钟变

7、慢了。尺静止在k‘系中，在k系中的观察者看来，运动的尺变短了。ΔX为运动长度，Δx’静止长度6、狭义相对论的主要结论①质速关系②质能关系m0为物体的静止质量，m为物体的运动质量在相对论中，物体的质量随着运动速度的增加而增加ΔE—运动而增加的能量，Δm--运动而增加的质量。1Kg物体包含的静止能量1Kg汽油的燃烧值质能关系表明：一个质量为m的物体，具有的能量。质能关系的巨大意义50克物质全部转化为能量，可以将整个西湖里的水加热到沸腾；1千克核物质反应放出的能量相当于1000多吨TNT炸药爆炸放出的能量。质能关系的产生，意味着原子能时代的到来，

8、然而科学是双韧剑，如何保证原子能的和平利用，是人类特别应当重视的问题。原子弹二、广义相对论1、广义相对论的两个基本原理广义协变原理：自然规律对于任何参照系而言都应具有相同的数学形