大学物理CH06-1

1、第六章第六章自学自学作业作业总结总结讨论讨论结结构构框框图图动能动能动能动能定理定理功能功能原理原理机械能机械能守恒守恒 能量守恒与能量守恒与 时间平移对称性时间平移对称性动动 能能 变变化率化率 功功 势能势能教学方式教学方式提出自学要求，学生自学并完成作业和自学报告，提出自学要求，学生自学并完成作业和自学报告，习题课（习题课（2学时），总结提高（守恒律与对称性：学时），总结提高（守恒律与对称性：2学时）学时）一一.基本内容：基本内容：1.功的计算，熟练计算变力的功，理解保守力功的计算，熟练计算变力的功，理解保守力做功的特征；做功的特征；2.质点、质点系、定轴刚体的动能；质点、质点系、定轴刚

2、体的动能；3.保守力与其相关势能的关系，由势能曲线分保守力与其相关势能的关系，由势能曲线分析物体运动特征；析物体运动特征；4.熟练使用动能定理或功能原理解题，注意内熟练使用动能定理或功能原理解题，注意内力的功可以改变质点系的总动能；力的功可以改变质点系的总动能；5.熟练使用机械能守恒定律解题，对综合性问熟练使用机械能守恒定律解题，对综合性问题要能划分阶段，分别选用恰当的力学定理题要能划分阶段，分别选用恰当的力学定理或守恒定律求解。或守恒定律求解。二二.自学要求自学要求1.阅读教材阅读教材 101页页128页；页；2.完成作业：完成作业：No.4 , No.53.练习：教材练习：教材123页页

3、6.3 ，6.6 ，6.7 ，6.9 ，6.10； 教材教材124页页 6-4 ，6-8 ，6-12 ，6-17 ，6-21三三.考核方法考核方法第第7周三交作业周三交作业No4；第；第7周五交自学报告周五交自学报告（成绩占期（成绩占期末总成绩末总成绩10%），内容：，内容：(1) 将将101页页“结构框图结构框图”具体化，形成较详尽的具体化，形成较详尽的“全全章总结章总结”（格式不限）；（格式不限）；(2) 学习效果的自我评价、收获体会；学习效果的自我评价、收获体会；(3) 对本章教学方式的反馈意见。对本章教学方式的反馈意见。习题课习题课1.功的概念功的概念中学：恒力作功中学：恒力作功SFS

4、FAcosFsF一一. 功功力对空间累积力对空间累积功是标量（代数量）功是标量（代数量）A总总=A1+A2+.A 0 力对物体做功力对物体做功A 0 物体反抗阻力做功物体反抗阻力做功A = 0 力作用点无位移力作用点无位移 力与位移相互垂直力与位移相互垂直 功是过程量功是过程量与作用点的与作用点的位移位移相关相关一个力所做的功与参考系的选择一个力所做的功与参考系的选择相关，是相对量相关，是相对量 一对一对作用力作用力与与反作用力反作用力做功的代数和不一定为零做功的代数和不一定为零力作用点的位移不一定相同力作用点的位移不一定相同地面系地面系AG0电梯系电梯系AG=0hvmg 质点系内力做功的代数

5、和不一定为零质点系内力做功的代数和不一定为零 一对作用力与反作用力做功的代数和与参考系一对作用力与反作用力做功的代数和与参考系 的选择无关。的选择无关。质点系内力做功的代数和不一定为零质点系内力做功的代数和不一定为零0ffAA0NNAANcNvvm cff ssM什么条件下什么条件下,一对内力做功为零一对内力做功为零? 作用点无相对位移作用点无相对位移 相互作用力与相对位移垂直相互作用力与相对位移垂直0 内内对对刚刚体体：A微元分析法：微元分析法：取微元过程取微元过程以直代曲以直代曲以不变代变以不变代变再求和再求和注意注意00 iiiiIF内内内内00 iiiiAM内内内内2.变力的功变力的功

6、aboFrdsdrrF元功：元功：sFrFrFAdcoscosdddzFyFxFrFAzyxddddd总功：总功：rFsFAAbababaddcosdbazyxzFyFxFddd直角坐标系：直角坐标系：kFjFiFFzyxkzj yi xrddddaboFrdsdrrF 如图如图 M=2kg , k =200Nm-1 , S=0.2m , g 10ms -2 不计轮、绳质量和摩擦不计轮、绳质量和摩擦,弹簧最初为自然长度，弹簧最初为自然长度， 缓慢下拉缓慢下拉, 则则 AF = ?解解: 用用 F 将绳端下拉将绳端下拉0. 2 m , 物体物体M将上升多高将上升多高?m2 . 0m1 . 000

7、 SxMgkx弹簧伸长弹簧伸长 0.1 m物体上升物体上升 0.1 m得得练习练习1：MFkS缓慢下拉缓慢下拉:每时刻物体处于平衡态每时刻物体处于平衡态F=k x (0 x0.1m) 前前0.1m为变力为变力k x0 =Mg (0.1x0.2m) 后后0.1m为恒力为恒力 J3|dd2.01.01.002212.01.01.00MgxkxxMgxkxAMFkS3. 计算重力、弹力、引力的功计算重力、弹力、引力的功21212221cosd21kxkxxkxAkxFxxxkmomoomxkkx1x2xFF1221)(mghmghhhmgAhh2h1mmgo102021202120cosddrmMG

8、rmMGrrmMGrFArmMGFrrrr共同特点：共同特点： 做功与路径无关，只与起、末点位置有关做功与路径无关，只与起、末点位置有关 做功等于与相互作用物体的相对位置有关的某函数做功等于与相互作用物体的相对位置有关的某函数 在始末位置的值之差在始末位置的值之差oMmFr二、保守力二、保守力 势能势能1. 保守力保守力 对沿闭合路径运动一周的物体做功为零对沿闭合路径运动一周的物体做功为零0dLrF否则为非保守力（耗散力）否则为非保守力（耗散力）（四种基本相互作用力均是保守力）（四种基本相互作用力均是保守力） 做功与路径无关，只与起点、终点位置有关做功与路径无关，只与起点、终点位置有关baba

9、rFrFAdd（路径（路径L1）（路径（路径L2）ambL1L2F2. 势能：势能： 凡保守力的功均可表示为与相互作用物体相凡保守力的功均可表示为与相互作用物体相对位置有关的某函数在始末位置的值之差，我对位置有关的某函数在始末位置的值之差，我们将该函数定义为此物体系的势能。们将该函数定义为此物体系的势能。xE p0rE p保守力保守力重重 力力弹弹 力力引引 力力势能（势能（E p ）势能零点势能零点势能曲线势能曲线mgh221kxrmMGh = 0 x = 0r = hE p003. 保守力与相关势能的关系：保守力与相关势能的关系： 凡保守力都有其相关势能凡保守力都有其相关势能,势能属于物体

10、系势能属于物体系,保守保守力为该势能系统的内力。力为该势能系统的内力。保守力的功等于其相关势能增量的负值保守力的功等于其相关势能增量的负值A保保 = -Ep物体在场中某点的势能等于将物体从该点移到零势物体在场中某点的势能等于将物体从该点移到零势点过程中保守力做的功点过程中保守力做的功零势点场点保rFEdp 保守力为其相关势能梯度的负值保守力为其相关势能梯度的负值:plElFlFAddddppgradEEF保kjizEyExEppplEFlddp保守力在保守力在 l 方向投影方向投影E p 在在 l 方向方向空间变化率空间变化率 mlFlFld练习练习2： 一质量为一质量为 m 的人造地球卫星沿

11、一圆形轨道运动，的人造地球卫星沿一圆形轨道运动，（v c）离开地面的高度等于地球半径的二倍离开地面的高度等于地球半径的二倍（即（即2R）。）。试以试以 m、R、引力恒量、引力恒量 G、地球质量地球质量M表示出：表示出： (1) 卫星的动能；卫星的动能； (2) 卫星在地球引力场中卫星在地球引力场中 的引力势能；的引力势能； (3) 卫星的总机械能。卫星的总机械能。OrF2RRMm解：解：, cv 非相对论问题非相对论问题RGmMmvERvmRmMG621332k22RmMGrrmMGER3d32pRGMmEEE6pk约束于引力场中，未摆脱地球影响约束于引力场中，未摆脱地球影响OrF2RRMma

12、baRbR思考思考:卫星对接问题卫星对接问题 设飞船设飞船 a 、b 圆轨道在同一平面内，飞船圆轨道在同一平面内，飞船 a 要追要追 上上 b并与之对接，能否直接加速？并与之对接，能否直接加速？RGMmEEEpk6加速，发动机做功，加速，发动机做功，E0,轨道半径轨道半径R增大增大,不能对接不能对接;方法方法: a 减速减速E0R减小减小RC轨道轨道加速加速R b轨道轨道abaRbRccR方法方法: a 减速减速E0 何处何处 vmax=?x (m)2Ep(J)4-401479mv0解：解：初态初态 J420210p0k0mvEEEE 守恒守恒,当当 Ek=0时时J40maxp EE作曲线作曲

13、线 知运动范围知运动范围J4pE1x要要0dd0ddppxExEF势能曲线斜率为负势能曲线斜率为负:941xxx (m)2Ep(J)4-401479mv0J4pE x = 4m 处处,势能最小势能最小动能最大动能最大, v 最大最大EmvEp2maxmin211maxsm82. 222vmin2max21pEEmv J844x (m)2Ep(J)4-401479mv0J4pE “物理学在二十世纪取得了令人惊讶的成物理学在二十世纪取得了令人惊讶的成功，它改变了我们对空间和时间、存在和认功，它改变了我们对空间和时间、存在和认识的看法，也改变了我们描述自然的基本语识的看法，也改变了我们描述自然的基本

14、语言。在本世纪行将结束之际，我们已拥有一言。在本世纪行将结束之际，我们已拥有一个对宇宙的崭新看法，在这个新的宇宙观中个对宇宙的崭新看法，在这个新的宇宙观中物质已失去了它原来的中心地位，取而代之物质已失去了它原来的中心地位，取而代之的是自然界的对称性。的是自然界的对称性。”斯蒂芬斯蒂芬. .温伯格温伯格对称性的概念最初来源于生活：对称性的概念最初来源于生活： 动物、植物、建筑、文学艺术动物、植物、建筑、文学艺术例例 文学创作中的镜象对称文学创作中的镜象对称回文词回文词雾窗寒对遥天暮雾窗寒对遥天暮 暮天遥对寒窗雾暮天遥对寒窗雾花落正啼鸦花落正啼鸦 鸦啼正落花鸦啼正落花袖罗垂影瘦袖罗垂影瘦 瘦影垂罗

15、袖瘦影垂罗袖风剪一丝红风剪一丝红 红丝一剪风红丝一剪风 如果一个操作能使某体系从一个状态变换到另一个与之如果一个操作能使某体系从一个状态变换到另一个与之等价的状态，即体系的状态在此操作下保持不变，则该体等价的状态，即体系的状态在此操作下保持不变，则该体系对这一操作系对这一操作对称对称，这一操作称为该体系的一个，这一操作称为该体系的一个对称操作对称操作。被研究的对象被研究的对象体系体系对体系的描述对体系的描述状态状态体系从一个状态到另一个状态的过程体系从一个状态到另一个状态的过程“变换变换”或或“操操作作” ” 变换前后体系状态相同变换前后体系状态相同“等价等价”或或“不变不变”关于对称的基本概

16、念关于对称的基本概念体系的所有对称操作的集合体系的所有对称操作的集合对称群对称群空间对称性空间对称性 1. .空间旋转对称空间旋转对称ooo对绕对绕 O 轴旋轴旋转任意角的操转任意角的操作对称作对称对绕对绕 O 轴旋轴旋转转 2 整数倍整数倍的操作对称的操作对称对绕对绕 O 轴旋轴旋转转 /2 整数整数倍倍的操作对称的操作对称oo一次轴一次轴2次轴次轴.o 3次轴次轴4次轴次轴.o .o 若体系绕某轴旋转若体系绕某轴旋转 2 n 后恢复原状，后恢复原状，则称该体系具有则称该体系具有 n 次对称轴。次对称轴。物理定律的旋转对称性物理定律的旋转对称性空间各向同性空间各向同性空间各方向对物理定律等价

17、，没有哪一个方向空间各方向对物理定律等价，没有哪一个方向具有特别优越的地位。具有特别优越的地位。实验仪器方位旋转，实验结果不变。实验仪器方位旋转，实验结果不变。例如：例如：实验仪器取向不同，实验仪器取向不同，得出的单摆周期公式相同。得出的单摆周期公式相同。gLT22. 空间平移对称空间平移对称一无限大平面：对沿面内任何方向、移动任意步长的平一无限大平面：对沿面内任何方向、移动任意步长的平 移操作对称。移操作对称。一无限长直线：对沿直线移动任意步长的平移操作对称。一无限长直线：对沿直线移动任意步长的平移操作对称。平面网格：对沿面内某些特定方向、移动特定步长平面网格：对沿面内某些特定方向、移动特定

18、步长 的平移操作对称。的平移操作对称。物理定律的平移对称性物理定律的平移对称性空间均匀性空间均匀性空间各位置对物理定律等价，没有哪一个位置具空间各位置对物理定律等价，没有哪一个位置具有特别优越的地位。有特别优越的地位。物理实验可以在不同地点重复，得出的规律不变。物理实验可以在不同地点重复，得出的规律不变。例如：例如：在地球、月球、在地球、月球、火星、河外星系火星、河外星系进行进行实验，得出的引力定律实验，得出的引力定律（万有引力定律、广义（万有引力定律、广义相对论）相同。相对论）相同。相应的操作是空间反射相应的操作是空间反射( (镜面反射镜面反射) ) 。3. 空间反射对称（镜象对称、左右对称

19、、宇称）空间反射对称（镜象对称、左右对称、宇称）左右对称与平移、旋转不同：（例如手套、鞋）左右对称与平移、旋转不同：（例如手套、鞋）物理学中的矢量物理学中的矢量, ,在空间反射操作下怎样变化在空间反射操作下怎样变化? ?zzxxyy右手螺旋右手螺旋左手螺旋左手螺旋镜面镜面极矢量：极矢量：平行于镜面的分量方向不变；平行于镜面的分量方向不变；垂直于镜面的分量方向反向。垂直于镜面的分量方向反向。zx yvzx yv轴矢量（赝矢量）：轴矢量（赝矢量）：垂直于镜面的分量方向不变；平行于镜面的分量方向反向。垂直于镜面的分量方向不变；平行于镜面的分量方向反向。物理定律的空间反射对称性：物理定律的空间反射对称

20、性：如果在镜象世界里的物理现象不违反已知的物理规律，如果在镜象世界里的物理现象不违反已知的物理规律，则支配该过程的物理规律具有空间反射对称性。则支配该过程的物理规律具有空间反射对称性。时间对称性时间对称性1. .时间平移对称性时间平移对称性 一个静止不变或匀速直线运动的体系对任何时间一个静止不变或匀速直线运动的体系对任何时间间隔间隔 t t 的时间平移表现出不变性；的时间平移表现出不变性； 而周期性变化体系而周期性变化体系( (单摆、弹簧振子单摆、弹簧振子) )只对周期只对周期 T 及其整数倍的时间平移变换对称。及其整数倍的时间平移变换对称。 物理定律的时间平移对称性：物理定律的时间平移对称性

21、：物理定律不随时间变化即为物理定律具有时间平移物理定律不随时间变化即为物理定律具有时间平移对称性。对称性。物理实验可以在不同时间重复，其遵循的规律不变。物理实验可以在不同时间重复，其遵循的规律不变。2. .时间反演对称性时间反演对称性 t (-t) 的操作、时间倒流的操作、时间倒流 某些理想过程：某些理想过程：无阻尼的单摆无阻尼的单摆自由落体自由落体时间反演不变时间反演不变2222)(ddddtrmFtrmF牛顿定律具有时间牛顿定律具有时间反演对称性反演对称性 将无阻尼的单摆（保守系统）拍成影片，将将无阻尼的单摆（保守系统）拍成影片，将影片倒着放，其运动不会有任何改变影片倒着放，其运动不会有任

22、何改变保守系保守系统具有时间反演对称性。统具有时间反演对称性。但生活中的许多现象不具有时间反演不变性：但生活中的许多现象不具有时间反演不变性：武打片动作的真实性：紧身衣武打片动作的真实性：紧身衣真实，大袍真实，大袍不真实；不真实；热功转换；扩散现象；生命现象热功转换；扩散现象；生命现象时间箭头时间箭头热力学箭头热力学箭头心理学箭头心理学箭头宇宙学箭头宇宙学箭头非保守系统中的过程不具有时间反演对称性非保守系统中的过程不具有时间反演对称性实际宏观过程不具有时间反演对称性实际宏观过程不具有时间反演对称性图形对于标尺的涨缩具有不变性图形对于标尺的涨缩具有不变性 整个图形放大或缩小时，只需转过一定角度就

23、整个图形放大或缩小时，只需转过一定角度就与原图重合。与原图重合。 具有整体与部分的自相似性具有整体与部分的自相似性 其它对称性举例其它对称性举例1. .标度变换对称性标度变换对称性放大或缩小放大或缩小对数螺线：位矢与切线间的夹角对数螺线：位矢与切线间的夹角保持恒定保持恒定“虽然改变了，我还是和原来一样。虽然改变了，我还是和原来一样。”伯努利墓志铭伯努利墓志铭绝缘体电击穿时的电子路径绝缘体电击穿时的电子路径三分法科赫曲线三分法科赫曲线曼德耳布罗特的支气管树模型曼德耳布罗特的支气管树模型2.置换对称性（联合变换）置换对称性（联合变换） ESCHER的骑士图案只对镜象反射加上黑白置换也的骑士图案只对

24、镜象反射加上黑白置换也许还要加上必要的平移操作才构成对称操作。许还要加上必要的平移操作才构成对称操作。ESCHER的骑士图案的骑士图案-另一个只对联合变换对称的例子另一个只对联合变换对称的例子 对称性与自然规律之间是什么关系对称性与自然规律之间是什么关系? ? 自然规律反映了事物之间的因果关系，其对称性即：自然规律反映了事物之间的因果关系，其对称性即： 等价的原因等价的原因等价的结果等价的结果 对称的原因对称的原因对称的结果对称的结果对称性原理对称性原理( (皮埃尔皮埃尔居里居里) )： 原因中的对称性必反映在结果中，即结果中的对原因中的对称性必反映在结果中，即结果中的对称性至少有原因中的对称

25、性那样多；称性至少有原因中的对称性那样多； 结果中的不对称性必在原因中有所反映，即原因结果中的不对称性必在原因中有所反映，即原因中的不对称性至少有结果中的不对称性那样多；中的不对称性至少有结果中的不对称性那样多； 在不存在唯一性的情况下在不存在唯一性的情况下, ,原因中的对称性必反映原因中的对称性必反映在全部可能的结果的集合中在全部可能的结果的集合中, ,即全部可能的结果的集合即全部可能的结果的集合中的对称性至少有原因中的对称性那样多。中的对称性至少有原因中的对称性那样多。例例1. .根据对称性原理论证抛体运动为平面运动。根据对称性原理论证抛体运动为平面运动。原因：原因：重力和初速决定一个平面

26、，无偏离该平面重力和初速决定一个平面，无偏离该平面的因素，对该平面镜像对称。的因素，对该平面镜像对称。结果结果: : 质点的运动不会偏离该平面，轨道一定在质点的运动不会偏离该平面，轨道一定在该平面内。该平面内。同理可论证在有心力场作用下同理可论证在有心力场作用下, ,质点必做平面运动。质点必做平面运动。例例2. 根据对称性原理解释足球场上的根据对称性原理解释足球场上的“香蕉球香蕉球”结果结果: : 足球的运动偏离了重力和初速决定的平面，足球的运动偏离了重力和初速决定的平面，原因：原因：一定存在对重力和初速所决定的平面不对一定存在对重力和初速所决定的平面不对称的因素，即球被踢出时是旋转的。称的因

27、素，即球被踢出时是旋转的。例例3. .铅笔的倾倒铅笔的倾倒原因：原因：具有轴对称性具有轴对称性结果：结果：也具有轴对称性，铅笔也具有轴对称性，铅笔向各个方向倒下的概率相同。向各个方向倒下的概率相同。例例4. .长直密绕载流螺线管内磁感应线的形状长直密绕载流螺线管内磁感应线的形状B是轴矢量，镜象变换后是轴矢量，镜象变换后 不变不变 反向反向/BB磁感应线与轴平行。分量只能有,BB螺线管螺线管对任意垂直于轴的平面对任意垂直于轴的平面镜象对称镜象对称平行于轴的直线上的点具有平平行于轴的直线上的点具有平移对称性移对称性 ISB1、诺特尔诺特尔 (18831935)定理定理 运用于物理学：运用于物理学：

28、 物理学中存在着许多守恒定律物理学中存在着许多守恒定律, ,如能量守恒、动量守恒、角动量守恒、电荷守恒、奇如能量守恒、动量守恒、角动量守恒、电荷守恒、奇异数守恒、重子数守恒、同位旋守恒异数守恒、重子数守恒、同位旋守恒这些守恒定这些守恒定律的存在并不是偶然的，它们是自然规律具有各种对律的存在并不是偶然的，它们是自然规律具有各种对称性的结果。称性的结果。 “ “对称性对称性”是凌驾于物理规律之上的自然界的是凌驾于物理规律之上的自然界的一条基本规律。一条基本规律。对称性对称性 守恒量守恒量 守恒定律守恒定律对应对应对应对应严格的对称性严格的对称性严格的守恒定律严格的守恒定律近似的对称性近似的对称性近

29、似的守恒定律近似的守恒定律2、对称性与守恒定律对称性与守恒定律例例1.1.时间平移对称性时间平移对称性能量守恒定律能量守恒定律 如果物理定律不具有时间平如果物理定律不具有时间平移对称性移对称性设重力势能设重力势能 随时随时间变化间变化mghEp0mghhgmEp例如：白天例如：白天 g 大，晚上大，晚上 g 小，则可晚上抽水贮小，则可晚上抽水贮存于存于h h高度处，白天利用水的落差作功，可获得高度处，白天利用水的落差作功，可获得能量赢余能量赢余则永动机可以制造成功，违反能量守恒定律则永动机可以制造成功，违反能量守恒定律例例2. 空间平移对称性空间平移对称性 动量守恒定律动量守恒定律 oo1r2

30、r1r2r地球地球太阳太阳分别在分别在 、 测量太阳和测量太阳和地球之间相互作用势能，地球之间相互作用势能，空间均匀性要求：空间均匀性要求： oo),(),(21p21prrErrE为一个平移对称操作为一个平移对称操作相互作用势能只能是相对位置相互作用势能只能是相对位置 的函数的函数1212rrrr哈密顿函数：哈密顿函数：)(2212p222121rrEmpmpH（能量函数）（能量函数）哈密顿函数：哈密顿函数：)(2212p222121rrEmpmpH代入哈密顿正则方程：代入哈密顿正则方程：)()()(dd12p11212p11xxExxxxxExHtpx)()()(dd12p21212p22

31、xxExxxxxExHtpx两式相加：两式相加：0)(dd21xxppt恒量xxpp21同理：同理：恒量zzpp21恒量yypp21即：即： = = 恒矢量，体系的动量守恒恒矢量，体系的动量守恒 p例例3. . 作用力与反作用力等大反向作用力与反作用力等大反向 空间平移对称性的必然结果。空间平移对称性的必然结果。AsABBBAsabababfbafsfEabpa、b 两个质点相互作用的保守内力分别为两个质点相互作用的保守内力分别为 ， ， 如果如果 a 相对相对 b 从从 A 点移动到点移动到 点，则两个质点间点，则两个质点间相互作用势能的改变相互作用势能的改变A abfbafAsABBBAs

32、abababfbafsfsfEbaba)(p反之反之, ,若若 b 相对于相对于 a 从从 B 点移动到点移动到 点，则两点，则两个质点间的相互作用势能的改变个质点间的相互作用势能的改变B 由于空间的平移对称性由于空间的平移对称性(空间均匀空间均匀)：相互作用势：相互作用势能只与相对位置有关，与整体平移无关，能只与相对位置有关，与整体平移无关，A B = AB ，因此必有因此必有ppppEEEE可得：可得：即即 内力等大反向是空间平移对称性的必然结果。内力等大反向是空间平移对称性的必然结果。baabff即：即：sfsfbaabppEE教材教材 117页页 表表6.3-1 对称性与守恒定律对应关

33、系对称性与守恒定律对应关系“对称性对称性”是凌驾于物理规律之上的自然界的一是凌驾于物理规律之上的自然界的一条基本规律。条基本规律。 原来具有较高对称性的系统出现不对称因素，其对原来具有较高对称性的系统出现不对称因素，其对称程度自发降低称程度自发降低 对称性自发破缺。对称性自发破缺。1. 对称性的自发破缺对称性的自发破缺例例1. .贝纳德对流贝纳德对流液体均匀加热均匀加热T2T1T2T1例例2. 弱作用中宇称不守恒弱作用中宇称不守恒 宇称守恒宇称守恒与微观粒子的镜象对称性相联系的守与微观粒子的镜象对称性相联系的守恒定律。强作用下宇称守恒得到实验证实。恒定律。强作用下宇称守恒得到实验证实。 195

34、6年，李政道年，李政道 杨振宁为解决杨振宁为解决“ - ”难题，提出难题，提出弱作用中宇称可以不守恒弱作用中宇称可以不守恒 。 1957年，吴健雄在年，吴健雄在10-2 K下做下做 60Co 衰变实验，衰变实验，用核磁共振技术使用核磁共振技术使 60Co 核自旋按确定方向排列，核自旋按确定方向排列，观察观察 衰变后的电子数分布，发现无镜像对称衰变后的电子数分布，发现无镜像对称性性 证明了弱作用的宇称不守恒性。证明了弱作用的宇称不守恒性。李政道李政道 杨振宁获杨振宁获1957年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖。例例3. 生命物质的手征性生命物质的手征性生命的起源：生命的起源：无机物无机物 有机物有机物

35、 光活性物质光活性物质 原始生命原始生命光活性物质：左右不对称（立体异构）分子光活性物质：左右不对称（立体异构）分子无生命世界：左右不对称的对映异构体等量存在无生命世界：左右不对称的对映异构体等量存在生物体：左手性和右手性分子不等量生物体：左手性和右手性分子不等量组成生物大分子的原子基团左右不对称组成生物大分子的原子基团左右不对称 蛋白质的氨基酸（除甘氨酸外）：左手性蛋白质的氨基酸（除甘氨酸外）：左手性 核酸的五碳糖：右手性核酸的五碳糖：右手性分子整体的高级构象左右不对称分子整体的高级构象左右不对称 蛋白质的右手蛋白质的右手 螺旋螺旋 DNA分子的双螺旋结构：大部分为右旋的。分子的双螺旋结构：大部分为右旋的。所有对称性都是基于某些基本量不可观测的假设。所有对称性都是基于某些基本量不可观测的假设。 镜象反射对称镜象反射对称 左右是相对的左右是相对的空间平移对称空间平移对称 宇宙没有中心宇宙没有中心空间旋转对称空间旋转对称 空间没有绝对方向空间没有绝对方向一旦一个不可观测量变成可观测量一旦一个不可观测量变成可观测量对称性破缺对称性破缺 2.对称性破缺与自然界的进化对称性破缺与自然界的进化 时空、不